DE102011108549A1

DE102011108549A1 - Verfahren zur modellbasierten Mehrvariablen-Steuerung einer AGR und eines Ladedrucks für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE102011108549A1
Application number: DE102011108549A
Authority: DE
Inventors: Yue-Yun Wang; Ibrahim Haskara; Donald Terry French
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-08-01
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2031-07-27
Also published as: DE102011108549B4; US20120024270A1; US8640679B2; CN102345529A; CN102345529B

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern einer Abgasrückführung und eines Krümmerluftdrucks in einem Motor umfasst, dass eine Entkopplungsmatrix in einem Controller mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen verwendet wird, um einen Abgasrückführungsbefehl und einen Krümmerluftdruckbefehl zu ermitteln, wobei die Entkopplungsmatrix basierend auf einem diagonal dominanten Modell des Motors konfiguriert wird, das durch den ermittelten Abgasrückführungsbefehl und den Krümmerluftdruckbefehl kompensiert wird. Die Abgasrückführung und der Krümmerluftdruck werden basierend auf dem ermittelten Abgasrückführungsbefehl und dem ermittelten Krümmerluftdruckbefehl gesteuert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft die Steuerung von Verbrennungsmotoren.
HINTERGRUND
Die Angaben in diesem Abschnitt liefern nur auf die vorliegende Offenbarung bezogene Hintergrundinformation und stellen möglicherweise keinen Stand der Technik dar.
Eine Motorsteuerung umfasst Verfahren zum Steuern von Parametern bei dem Betrieb eines Motors basierend auf einer Soll-Motorausgabe, einschließlich einer Motordrehzahl und einer Motorlast, und zum Steuern des resultierenden Betriebs, beispielsweise einschließlich von Motoremissionen. Parameter, die durch Motorsteuerverfahren gesteuert werden, umfassen die Luftströmung, die Kraftstoffströmung sowie Einlass- und Auslass-Ventileinstellungen.
Eine Ladeluft kann an einen Motor geliefert werden, um relativ zu einem selbstsaugenden Einlasssystem eine erhöhte Luftströmung an den Motor zu liefern, um die Ausgabe des Motors zu erhöhen. Ein Turbolader verwendet den Druck in einem Auslasssystem des Motors, um einen Kompressor anzutreiben, der die Ladeluft an den Motor liefert. Beispielhafte Turbolader können Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) umfassen, die eine Modulation der gelieferten Ladeluft für gegebene Bedingungen in dem Auslasssystem ermöglichen. Ein Turbokompressor verwendet eine Leistung von dem Betrieb des Motors, wie sie beispielsweise durch einen Nebenaggregatriemen geliefert wird, um einen Kompressor anzutreiben, der die Ladeluft an den Motor liefert. Die Motorsteuerverfahren steuern die Ladeluft, um die resultierende Verbrennung in dem Motor und die resultierende Ausgabe des Motors zu steuern.
Eine Abgasrückführung (AGR) ist ein anderer Parameter, der durch die Motorsteuerverfahren gesteuert werden kann. Eine Abgasströmung in dem Abgassystem eines Motors ist an Sauerstoff verarmt und ein im Wesentlichen reaktionsträges Gas. Wenn es in Kombination mit einer Verbrennungsladung aus Kraftstoff und Luft in eine Verbrennungskammer eingeleitet oder in dieser zurückgehalten wird, moderiert das Abgas die Verbrennung, und es verringert eine Ausgabe und eine adiabatische Flammentemperatur. Die AGR kann bei fortgeschrittenen Verbrennungsstrategien auch in Kombination mit anderen Parameter gesteuert werden, die beispielsweise eine Verbrennung mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Verbrennung) umfassen. Die AGR kann auch gesteuert werden, um Eigenschaften der resultierenden Abgasströmung zu verändern. Die Motorsteuerverfahren steuern die AGR, um die resultierende Verbrennung in dem Motor und die resultierende Ausgabe des Motors zu steuern.
Lufthandhabungssysteme für einen Motor regeln die Strömung der Einlassluft und die AGR in den Motor. Die Lufthandhabungssysteme müssen ausgestattet sein, um Zielwerte für die Zusammensetzung der Luftladung (z. B. einen Zielwert für den AGR-Anteil) zum Erreichen von Emissionszielwerten zu erfüllen und um für die gesamte Luft verfügbare Zielwerte (z. B. den Massendurchsatz der Ladungsströmung) zum Erreichen einer gewünschten Leistung und von Drehmomentzielwerten zu erfüllen. Die Aktuatoren, welche die AGR-Strömung am stärksten beeinflussen, beeinflussen im Allgemeinen die Ladungsströmung, und die Aktuatoren, welche die Ladungsströmung am stärksten beeinflussen, beeinflussen im Allgemeinen die AGR-Strömung. Daher stellt ein Motor mit einem modernen Lufthandhabungssystem ein System mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (ein MIMO-System) mit gekoppelten Eingangs-Ausgangs-Ansprechschleifen dar.
MIMO-Systeme, bei denen die Eingänge gekoppelt sind, d. h. bei denen sich die Eingangs-Ausgangs-Ansprechschleifen gegenseitig beeinflussen, stellen wohlbekannte Herausforderungen in der Technik dar. Ein Lufthandhabungssystem eines Motors zeigt weitere Herausforderungen. Der Motor arbeitet über einen weiten Bereich von Parametern, die variable Motordrehzahlen, variable Drehmomentabgaben sowie eine variable Kraftstoffzufuhr und variable Zeiteinstellungspläne umfassen. In vielen Fällen sind exakte Übertragungsfunktionen für das System nicht verfügbar, und/oder es ist die Computerleistung, die für eine Standard-Entkopplungsberechnung erforderlich ist, nicht verfügbar.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren zum Steuern einer Abgasrückführung und eines Krümmerluftdrucks in einem Motor umfasst, dass eine Entkopplungsmatrix in einem Controller mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen verwendet wird, um einen Abgasrückführungsbefehl und einen Krümmerluftdruckbefehl zu ermitteln, wobei die Entkopplungsmatrix basierend auf einem diagonal dominanten Modell des Motors konfiguriert wird, das durch den ermittelten Abgasrückführungsbefehl und den Krümmerluftdruckbefehl kompensiert wird. Die Abgasrückführung und der Krümmerluftdruck werden basierend auf dem ermittelten Abgasrückführungsbefehl und dem ermittelten Krümmerluftdruckbefehl gesteuert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:
1 einen Verbrennungsmotor, ein Steuermodul und ein Abgasnachbehandlungssystem schematisch darstellt, die gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung konstruiert sind;
2 eine beispielhafte Motorausbildung, die einen Turbolader aufweist, gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt;
3 eine beispielhafte Motorausbildung, die einen Turbokompressor aufweist, gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt;
4 ein beispielhaftes Lufthandhabungssystem mit mehreren Variablen, das ein MIMO-Modul umfasst und Ladeluft sowie eine AGR-Strömung an einen Motor liefert, gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt;
5 eine gemessene Ausgabe und eine simulierte Ausgabe, die zu dem Zweck einer Validierung des simulierten Modells verglichen werden, gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
6 Pol-Nullstellenlagen des beispielhaften linearen Modells, das in der kontinuierlichen Frequenzdomäne gezeigt ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
7 den Betrieb eines beispielhaften Diagonal-MIMO-Rückkopplungscontrollers, der eine Entkopplungsmatrix verwendet, gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt;
8 den Betrieb eines beispielhaften Diagonal-MIMO-Rückkopplungscontrollers, der eine Entkopplungsmatrix verwendet, gemäß der vorliegenden Offenbarung in größerem Detail schematisch darstellt;
9 beispielhafte Frequenzantworten eines Motoranlagenmodells, das eine Entkopplungsmatrix verwendet, gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt; und
10 einen beispielhaften Diagonalcontroller, der zum Implementieren eines kompensierten Motoranlagenmodells verwendet werden kann, das bei niedrigen Frequenzen eine Entkopplungsmatrix verwendet, gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen das Gezeigte nur zu dem Zweck dient, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen, und nicht zu dem Zweck, selbige einzuschränken, stellt 1 einen beispielhaften Verbrennungsmotor 10, ein Steuermodul 5 und ein Abgasnachbehandlungssystem 65 schematisch dar, die gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung konstruiert wurden. Der beispielhafte Motor umfasst einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung und Kompressionszündung, der Hubkolben 22 aufweist, die an einer Kurbelwelle 24 angebracht sind und in Zylindern 20 bewegbar sind, die Verbrennungskammern 34 mit variablem Volumen definieren. Die Kurbelwelle 24 ist an einem Fahrzeuggetriebe und an einem Endantrieb funktional angebracht, um in Ansprechen auf eine Drehmomentanforderung eines Betreibers, TO_REQ, ein Traktionsdrehmoment an diesen zu liefern. Der Motor verwendet vorzugsweise einen Viertaktbetrieb, bei dem jeder Motorverbrennungszyklus 720 Grad einer Winkeldrehung der Kurbelwelle 24 umfasst, die in vier Phasen von 180 Grad unterteilt sind (Einlass-Kompression-Ausdehnung-Auslass), welche eine Hubbewegung des Kolbens 22 in dem Motorzylinder 20 beschreiben. Ein Zielrad 26 mit mehreren Zähnen ist an der Kurbelwelle angebracht und dreht sich mit dieser. Der Motor umfasst Sensoren zum Überwachen des Motorbetriebs und Aktuatoren, die den Motorbetrieb steuern. Die Sensoren und Aktuatoren sind mit dem Steuermodul 5 signaltechnisch oder funktional verbunden.
Der Motor ist vorzugsweise ein Viertakt-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, der eine Verbrennungskammer mit variablem Volumen aufweist, die durch den Kolben, der sich in dem Zylinder zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt hin und her bewegt, und einen Zylinderkopf definiert ist, der ein Einlassventil und ein Auslassventil umfasst. Der Kolben bewegt sich in wiederholten Zyklen hin und her, wobei jeder Zyklus einen Einlass-, Kompressions-, Ausdehnungs- und Auslasstakt umfasst.
Der Motor weist vorzugsweise ein Luft/Kraftstoff-Betriebsregime auf, das hauptsächlich überstöchiometrisch ist. Ein Fachmann versteht, dass Aspekte der Offenbarung auf andere Motorausbildungen anwendbar sind, die hauptsächlich überstöchiometrisch arbeiten, z. B. mager brennende Motoren mit Funkenzündung. Während des normalen Betriebs des Motors mit Kompressionszündung tritt ein Verbrennungsereignis während jedes Verbrennungszyklus auf, wenn eine Kraftstoffladung in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, um zusammen mit der Einlassluft die Zylinderladung zu bilden. Die Ladung wird anschließend durch die Wirkung von deren Kompression während des Kompressionstakts verbrannt.
Der Motor ist ausgebildet, um über einen weiten Bereich von Temperaturen, Zylinderladungen (Luft, Kraftstoff und AGR) und Einspritzungsereignissen zu arbeiten. Die hierin beschriebenen Verfahren sind speziell für den Betrieb von Motoren mit Direkteinspritzung und Kompressionszündung geeignet, die überstöchiometrisch arbeiten, um Parameter zu ermitteln, die mit der Wärmefreigabe in jeder der Verbrennungskammern während des laufenden Betriebs korrelieren. Die Verfahren sind ferner auf andere Motorausbildungen anwendbar, die Motoren mit Funkenzündung umfassen, einschließlich solcher, die zur Verwendung von Strategien mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Strategien) ausgebildet sind. Die Verfahren sind auf Systeme anwendbar, die Kraftstoffeinspritzungsereignisse mit mehreren Pulsen pro Zylinder pro Motorzyklus verwenden, z. B. ein System, das eine Voreinspritzung zur Kraftstoffreformierung, ein Haupteinspritzungsereignis für die Motorleistung und, wo dies anwendbar ist, ein Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzungsereignis für ein Nachbehandlungsmanagement verwendet, von denen jedes den Zylinderdruck beeinflusst.
Sensoren sind an dem Motor oder in dessen Nähe installiert, um physikalische Eigenschaften zu überwachen und Signale zu erzeugen, die mit Motor- und Umgebungsparametern korrelierbar sind. Die Sensoren umfassen einen Kurbelwellen-Drehsensor, der einen Kurbelsensor 44 zum Überwachen der Kurbelwellendrehzahl (d. h. der Motordrehzahl) (RPM) umfasst, indem Kanten der Zähne des Zielrades 26 mit mehreren Zähnen detektiert werden. Der Kurbelsensor ist bekannt und kann beispielsweise einen Halleffektsensor, einen induktiven Sensor oder einen magnetoresistiven Sensor umfassen. Die Signalausgabe von dem Kurbelsensor 44 wird in das Steuermodul eingegeben. Ein Verbrennungsdrucksensor 30 ist ausgebildet, um einen Druck in dem Zylinder zu überwachen (COMB_PR). Der Verbrennungsdrucksensor 30 ist vorzugsweise nicht eingreifend und umfasst einen Kraftaufnehmer mit einem ringförmigen Querschnitt, der ausgebildet ist, um an einer Öffnung für eine Glühkerze 28 in dem Zylinder installiert zu werden. Der Verbrennungsdrucksensor 30 ist in Verbindung mit der Glühkerze 28 installiert, wobei der Verbrennungsdruck mechanisch durch die Glühkerze zu dem Drucksensor 30 übertragen wird. Das Ausgangssignal COMB_PR des Drucksensors 30 ist dem Zylinderdruck proportional. Der Drucksensor 30 umfasst eine piezokeramische oder eine andere Einrichtung, die als solche ausbildbar ist. Andere Sensoren umfassen vorzugsweise einen Krümmerdrucksensor zum Überwachen des Krümmerdrucks (MAP) und des barometrischen Umgebungsdrucks (BARO), einen Luftmassenströmungssensor zum Überwachen einer Einlass-Luftmassenströmung (Einlass-MAF) und einer Einlasslufttemperatur (T_IN) und einen Kühlmittelsensor 35, der die Motorkühlmitteltemperatur (KÜHLMITTEL) überwacht. Das System kann einen Abgassensor umfassen, um Zustände eines oder mehrerer Abgasparameter zu überwachen, z. B. der Temperatur, des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und der Bestandteile. Ein Fachmann versteht, dass es andere Sensoren und Verfahren zu Zwecken der Steuerung und Diagnose geben kann. Die Betreibereingabe, in der Form der Drehmomentanforderung TO_REQ des Betreibers, wird typischerweise durch ein Gaspedal und ein Bremspedal erhalten, neben anderen Einrichtungen. Der Motor ist vorzugsweise mit anderen Sensoren zum Überwachen des Betriebs und zu Zwecken der Systemsteuerung ausgestattet. Jeder der Sensoren ist mit dem Steuermodul 5 signaltechnisch verbunden, um eine Signalinformation zu liefern, die durch das Steuermodul in eine Information umgewandelt wird, die den entsprechenden überwachten Parameter repräsentiert. Es versteht sich, dass diese Ausbildung darstellend und nicht einschränkend ist und umfasst, dass verschiedene Sensoren durch funktional äquivalente Einrichtungen und Algorithmen ersetzbar sind.
Die Aktuatoren sind an den Motor installiert und werden durch das Steuermodul 5 in Ansprechen auf Betreibereingaben gesteuert, um verschiedene Leistungsziele zu erreichen. Die Aktuatoren umfassen ein elektronisch gesteuertes Drosselventil, das eine Drosselöffnung in Ansprechen auf ein Steuersignal (ETC) steuert, und mehrere Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 12 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in jede der Verbrennungskammern in Ansprechen auf ein Steuersignal (INJ_PW), von denen alle in Ansprechen auf die Drehmomentanforderung TO_REQ des Betreibers gesteuert werden. Ein Abgasrückführungsventil 32 und ein Abgasrückführungskühler steuern die Strömung des außen zurückgeführten Abgases in den Motoreinlass in Ansprechen auf ein Steuersignal (AGR) von dem Steuermodul. Eine Glühkerze 28 ist in jeder der Verbrennungskammern installiert und zur Verwendung mit dem Verbrennungsdrucksensor 30 ausgebildet. Zusätzlich kann ein Aufladungssystem bei einigen Ausführungsformen verwendet werden, das Ladeluft gemäß dem gewünschten Krümmerluftdruck zuführt.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 12 ist eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die zum direkten Einspritzen Kraftstoffladung in eine der Verbrennungskammern in Ansprechen auf das Befehlssignal INJ_PW von dem Steuermodul ausgebildet ist. Jede der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 12 wird durch ein Kraftstoffverteilsystem mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt und weist Betriebseigenschaften auf, die eine minimale Pulsweite und eine zugeordnete minimal steuerbare Kraftstoffströmungsrate sowie eine maximale Kraftstoffströmungsrate umfassen.
Der Motor ist mit einem steuerbaren Ventiltrieb ausgestattet, der zum Einstellen des Öffnens und Schließens der Einlass- und Auslassventile jedes der Zylinder betreibbar ist, was eine beliebige oder mehrere Ventilzeiteinstellungen, Phaseneinstellungen (d. h. die Zeiteinstellung relativ zu dem Kurbelwinkel und der Kolbenposition) und die Größe des Hubs der Ventilöffnungen umfasst. Ein beispielhaftes System umfasst eine variable Nockenphaseneinstellung, die für Motoren mit Kompressionszündung, Motoren mit Funkenzündung und Motoren mit homogener Kompressionszündung anwendbar ist.
Das Steuermodul 5 führt einen darin gespeicherten algorithmischen Code aus, um die zuvor erwähnten Aktuatoren zum Steuern des Motorbetriebs zu steuern, was die Drosselposition, die Masse und die Zeiteinstellung der Kraftstoffeinspritzung, die AGR-Ventilposition zum Steuern der Strömung der zurückgeführten Abgase, den Glühkerzenbetrieb und die Steuerung der Zeiteinstellung, der Phaseneinstellung und des Hubs von Einlass- und/oder Auslassventilen bei Systemen umfasst, die derart ausgestattet sind. Das Steuermodul ist ausgebildet, um Eingabesignale von dem Betreiber (z. B. eine Gaspedalposition und eine Bremspedalposition) zum Ermitteln der Drehmomentanforderung TO_REQ des Betreibers und Eingabesignale von den Sensoren zu empfangen, welche die Motordrehzahl (RPM) und die Einlasslufttemperatur (Tin) sowie die Kühlmitteltemperatur und andere Umgebungsbedingungen angeben.
1 stellt einen beispielhaften Dieselmotor dar, die hierin beschriebenen Verfahren können jedoch auf ähnliche Weise bei anderen Motorausbildungen verwendet werden, die beispielsweise Motoren mit Benzin-Kraftstoffzufuhr, Motoren mit Ethanol- oder E85-Kraftstoffzufuhr oder ähnliche bekannte Konstruktionen umfassen. Die Offenbarung soll nicht auf die speziellen beispielhaften Ausführungsformen eingeschränkt sein, die hierin beschrieben sind.
2 zeigt schematisch eine beispielhafte Motorausbildung mit einem Turbolader gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der beispielhafte Motor ist ein Mehrzylindermotor und weist eine Vielzahl von Kraftstoffzufuhrtypen und Verbrennungsstrategien auf, die in der Technik bekannt sind. Die Motorsystemkomponenten umfassen einen Einlassluft-Kompressor 40, der eine Turbine 46 und einen Luftkompressor 45 aufweist, einen Ladeluftkühler 142, ein AGR-Ventil 132 und einen AGR-Kühler 152, einen Einlasskrümmer 50 und einen Auslasskrümmer 60. Umgebungs-Einlassluft wird durch einen Einlass 171 in dem Kompressor 45 eingelassen. Die unter Druck stehende Einlassluft und die AGR-Strömung werden zur Verwendung in dem Motor 10 an den Einlasskrümmer 50 geliefert. Das Abgas verlässt den Motor 10 durch den Auslasskrümmer 60, treibt die Turbine 46 an und tritt durch das Abgasrohr 170 aus. Der dargestellte AGR-Kreislauf ist ein Hochdruck-AGR-System, der unter Druck stehendes Abgas von dem Auslasskrümmer 60 zu dem Einlasskrümmer 50 liefert.
Eine alternative Ausbildung, ein Niederdruck-AGR-System, kann Abgas mit niedrigem Druck von dem Abgasrohr 170 zu dem Einlass 171 liefern. Sensoren sind an dem Motor installiert, um physikalische Eigenschaften zu überwachen und Signale zu erzeugen, die mit Motor- und Umgebungsparametern korrelierbar sind. Die Sensoren umfassen vorzugsweise einen Umgebungsluftdrucksensor 112, einen Umgebungs- oder Einlassluft-Temperatursensor 114 und einen Luftmassenströmungssensor 116 (von denen alle einzeln oder als eine einzige integrierte Einrichtung ausgebildet sein können), einen Einlasskrümmer-Lufttemperatursensor 118, einen MAP-Sensor 120, einen Abgas-Temperatursensor 124 und einen AGR-Ventilpositionssensor 130. Der Motordrehzahlsensor 44 überwacht die Drehzahl des Motors. Jeder der Sensoren ist signaltechnisch mit dem Steuermodul 5 verbunden, um eine Signalinformation zu liefern, die durch das Steuermodul 5 in eine Information umgewandelt wird, die den entsprechenden überwachten Parameter repräsentiert. Es versteht sich, dass diese Ausbildung darstellend und nicht einschränkend ist und umfasst, dass verschiedene Sensoren durch funktional äquivalente Einrichtungen und Algorithmen ersetzbar sind, die weiterhin in den Umfang der Offenbarung fallen. Darüber hinaus kann der Einlassluft-Kompressor 40 innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung alternative Turboladerausbildungen umfassen.
Der Einlassluft-Kompressor 40 umfasst einen Turbolader, der aus einem Luftkompressor 45 besteht, die in dem Lufteinlass des Motors positioniert ist und durch die Turbine 46 angetrieben wird, die in dem Abgaszustrom positioniert ist. Es ist in der Technik bekannt, dass Turbolader eine erzwungene Einleitung von Luft in einen Motor erzeugen und den Ladedruck steuern oder einen Krümmerluftdruck steuern, um die Ausgabe des Motors zu erhöhen. Die Turbine 46 kann eine Anzahl von Ausführungsformen aufweisen, einschließlich einer Einrichtung mit festen Schaufelorientierungen oder variablen Schaufelorientierungen. Ferner kann ein Turbolader als eine einzelne Einrichtung verwendet werden, oder es können mehrere Turbolader verwendet werden, um demselben Motor Ladeluft zuzuführen.
3 zeigt schematisch eine beispielhafte Motorausbildung mit einem Turbokompressor gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der beispielhafte Motor ist ein Mehrzylindermotor und weist eine Vielzahl von Kraftstoffzufuhrtypen und Verbrennungsstrategien auf, die in der Technik bekannt sind. Die Motorsystemkomponenten umfassen einen Turbokompressor 160, der einen Luftkompressor 45 und ein durch einen Riemen angetriebenes Rad 164 aufweist, einen Ladeluftkühler 142, ein AGR-Ventil 132 und einen AGR-Kühler 152, einen Einlasskrümmer 50 sowie einen Auslasskrümmer 60. Der Motor 10 weist ein angetriebenes Rad 162 auf, das eine Leistung an den Riemen 166 liefert, der das durch den Riemen angetriebene Rad 164 antreibt. Ein beispielhafter Riemen 166 kann eine Ausbildung umfassen, die in der Technik als ein Serpentinenriemen bekannt ist. Beispielhafte Ausbildungen umfassen, dass der Riemen 166 den Turbokompressor 160 und andere Nebenaggregate, wie beispielsweise eine Lichtmaschine oder einen Klimaanlagenkompressor, gleichzeitig antreibt. Sensoren sind an dem Motor installiert, um physikalische Eigenschaften zu überwachen und Signale zu erzeugen, die mit Motor- und Umgebungsparametern korrelierbar sind. Die Sensoren umfassen vorzugsweise einen Umgebungsluftdrucksensor 112, einen Umgebungs- oder Einlassluft-Temperatursensor 114 und einen Luftmassenströmungssensor 116 (von denen alle einzeln oder als eine einzige integrierte Einrichtung ausgebildet sein können), einen Einlasskrümmer-Lufttemperatursensor 118, einen MAP-Sensor 120, einen Abgas-Temperatursensor 124 und einen AGR-Ventilpositionssensor 130. Das beispielhafte AGR-Ventil 130 und der beispielhafte AGR-Kühler 152 liefern einen Pfad für die AGR-Strömung, damit diese in das Einlasssystem stromaufwärts des Turbokompressors 160 eintritt. Bei anderen Ausbildungen kann die AGR-Strömung stromabwärts des Turbokompressors 160 in das Einlasssystem eintreten, obwohl einzusehen ist, dass der hohe Druck stromabwärts des Turbokompressors die Bedingungen einschränken kann, unter denen die AGR-Strömung bei dieser Ausbildung effektiv in den Einlass eintreten wird. Der Motordrehzahlsensor 44 überwacht die Drehzahl des Motors. Jeder der Sensoren ist signaltechnisch mit dem Steuermodul 5 verbunden, um eine Signalinformation zu liefern, die durch das Steuermodul 5 in eine Information umgewandelt wird, die den entsprechenden überwachten Parameter repräsentiert. Es versteht sich, dass diese Ausbildung darstellend und nicht einschränkend ist und umfasst, dass die verschiedenen Sensoren durch funktional äquivalente Einrichtungen und Algorithmen ersetzbar sind, die weiterhin in den Umfang der Offenbarung fallen. Der Turbokompressor 160 kann verwendet werden, um Ladeluft an einen Motor zu liefern, oder es kann der Turbokompressor 160 in Zusammenwirken mit einem Turbolader verwendet werden, um die Ladeluft an einen Motor zu liefern.
Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) ermöglichen eine Steuerung, wie viel Kompression an der Einlassluft durchgeführt wird. Ein Steuersignal kann den Betrieb des VGT modulieren, indem beispielsweise ein Winkel der Schaufeln in dem Kompressor und/oder in der Turbine moduliert wird. Eine solche beispielhafte Modulation kann den Winkel solcher Schaufeln verringern, was die Kompression der Einlassluft verringert, oder den Winkel solcher Schaufeln erhöhen, was die Kompression der Einlassluft erhöht. VGT-Systeme ermöglichen, dass ein Steuermodul ein Niveau eines Ladedrucks auswählt, der an den Motor geliefert wird. Andere Verfahren zum Steuern einer variablen Ausgabe einer Ladeeinrichtung, die beispielsweise ein Ladedruckregelventil oder ein Bypassventil umfassen, können auf ähnliche Weise in einem VGT-System implementiert werden, und die Offenbarung soll nicht auf die speziellen beispielhaften Ausführungsformen eingeschränkt sein, die hierin zum Steuern eines Ladedrucks, der dem Motor zugeführt wird, beschrieben sind.
Beispielhafte Dieselmotoren sind mit Common-Rail-Kraftstoffeinspritzungssystemen, AGR-Systemen und VGT-Systemen ausgestattet. Die Abgasrückführung wird verwendet, um die Verbrennungsflammentemperatur kontrolliert zu verringern und die NOx-Emissionen zu reduzieren. Die VGT-Systeme werden zum Modulieren von Ladedrücken verwendet, um einen Krümmerluftdruck zu steuern und die Motorausgabe zu erhöhen. Um eine Motorsteuerung einschließlich der Steuerung des AGR- und des VGT-Systems herzustellen, kann ein Modul zur Steuerung der Luftaufladung mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (ein MIMO-Modul) verwendet werden. Ein MIMO-Modul ermöglicht eine computereffiziente und abgestimmte Steuerung der AGR und des VGT basierend auf einem einzigen Satz von Eingaben, die den gewünschten Motorbetrieb beschreiben. Eine solche Eingabe kann beispielsweise einen Betriebspunkt für den Motor umfassen, der eine Motordrehzahl und eine Motorlast beschreibt. Es ist einzusehen, dass andere Parameter als Eingabe verwendet werden können, die beispielsweise Druckmesswerte umfassen, die eine Motorlast angeben.
Ein AGR-Ventil moduliert den Betrag der AGR, während ein VGT die Kompressorleistung moduliert, um einen gewünschten Ladedruck zu liefern und einen Delta-Überdruck des Motors für die AGR-Strömung aufrecht zu erhalten. Die AGR- und die VGT-Steuerung reagieren typischerweise voraussagbar auf eine Änderung in den Motorbetriebseingaben. Indem die AGR und der VGT durch einen MIMO-Controller als in Beziehung stehende Variablen basierend auf einem gemeinsamen Satz von Eingaben gesteuert werden, können computereffiziente Steuerverfahren verwendet werden, die eine Echtzeitberechnung der AGR- und VGT-Steuervariablen ermöglichen, beispielweise als Echtzeitberechnungen zum Regeln des Massendurchsatzes der Ladungsströmung, um die gewünschte Leistung und die Drehmomentzielwerte zu erreichen. Eine gekoppelte MIMO-Steuerung sowohl der AGR als auch des VGT oder eine Steuerung, die das Ansprechen sowohl der AGR als auch des VGT basierend auf einer beliebigen gegebenen Eingabe fixiert, ist computereffizient und kann komplexe Steuerantworten auf sich ändernde Eingaben ermöglichen, welche basierend auf einer unabhängigen Steuerung der AGR und des VGT in Echtzeit computertechnisch nicht möglich sein könnten. Die gekoppelte Steuerung der AGR und des VGT, die feste Antworten beider Parameter für eine beliebige gegebene Eingabe umfasst, erfordert jedoch vereinfachte oder am besten angepasste Kalibrierungen der gekoppelten Steuerungen, um die beiden festen Antworten zu steuern. Infolgedessen können solche Kalibrierungen herausfordernd sein, und sie können basierend auf den vereinfachten, ausgewählten Steuerkalibrierungen eine weniger als optimale Motorleistung umfassen. Die AGR und der VGT könnten beispielsweise unterschiedlich optimal auf eine Änderungsrate in der Last oder in den Motortemperaturen reagieren. Zusätzlich kann die Steuerung der AGR oder des VGT Grenzbedingungen erreichen und zu einer Aktuatorsättigung führen. Eine gekoppelte Steuerung, die zu einer Aktuatorsättigung führt, kann einen Zustand bewirken, der in der Technik als Aufschaukeln bekannt ist, bei dem das erwartete Verhalten des Systems und die gewünschte Steuerung des Systems auseinanderlaufen und zu Steuerungsabweichungen führen, sogar nachdem die Aktuatorsättigung behoben wurde. Zusätzlich ist die Steuerung der AGR und des VGT durch ein MIMO-Modul nicht linear, und das Definieren der gekoppelten funktionalen Beziehungen zum Liefern der gewünschten Steuerausgaben erfordert eine umfangreiche Kalibrierungsarbeit.
Ein Verfahren zum Steuern eines Motors einschließlich einer AGR- und einer Krümmerluftdrucksteuerung umfasst, dass eine Entkopplungsmatrix in einem MIMO-Modul verwendet wird, wobei die Entkopplungsmatrix basierend auf einem diagonal dominanten, kompensierten Motormodell konfiguriert ist.
4 stellt ein beispielhaftes Lufthandhabungs-Steuersystem mit mehreren Variablen, das ein MIMO-Modul umfasst und eine Ladeluft sowie eine AGR-Strömung an einen Motor liefert, gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch dar. Eine Motoransage 280 ist derart dargestellt, dass sie Befehle empfängt und Ausgaben erzeugt. Es ist eine Anzahl von Modulen dargestellt, welche die Befehle entwickeln und ein AGR-Einstellungspunktmodul 210, ein VGT-Einstellungspunktmodul 220, ein Vorfiltermodul 230, ein Optimalwertmodul (Feed-Forward-Modul) 240, ein MIMO-Modul 250, ein AGR-Aktuatorgrenzenmodul 260 und ein VGT-Aktuatorgrenzenmodul 270 umfassen. Das AGR-Einstellungspunktmodul 210 überwacht Eingaben 212 und 214, die einen Motorzustand beschreiben. Die Eingaben 212 und 214 können eine Motordrehzahl und eine Motorlast oder andere Parameter umfassen, die auf ähnliche Weise den Zustand des Motors angeben. Beispielsweise können auch eine Motor-Kraftstoffzufuhrrate oder Druckmesswerte, die zum Beschreiben einer Motorlast verwendbar sind, anstelle einer Motorlast verwendet werden. Das AGR-Einstellungspunktmodul 210 gibt einen unkorrigierten AGR-Einstellungspunktbefehl 222 aus, der beispielsweise einen kalibrierten oder berechneten AGR-Einstellungspunkt beschreibt, wie er beispielsweise in einer Nachschlagetabelle gespeichert sein kann, und der auf dem Motorzustand basiert. Das VGT-Einstellungspunktmodul 220 überwacht Eingaben 216 und 218, die einen Motorzustand beschreiben. Die Eingaben 216 und 218 können dieselben sein wie die Eingaben 212 und 214, sie müssen aber nicht dieselben Parameter sein. Das VGT-Einstellungspunktmodul 220 gibt einen unkorrigierten VGT-Einstellungspunktbefehl 224 aus, der beispielsweise einen kalibrierten oder berechneten VGT-Einstellungspunkt beschreibt, wie er beispielsweise in einer Nachschlagetabelle gespeichert werden kann, und der auf dem Motorzustand basiert. Das Vorfiltermodul 230 wendet in der Technik bekannte Verfahren auf die Zustandssignale 222 und 224 an, um einen gefilterten unkorrigierten AGR-Einstellungspunktbefehl 232 und einen gefilterten unkorrigierten VGT-Einstellungspunktbefehl 234 zu erzeugen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann das Vorfiltermodul 230 einen Tiefpassfilter umfassen, der einen Filter basierend auf ω_c/(ω_c + s) anwendet, wobei ω_c eine Grenzfrequenz des Filters ist und s ein Frequenzoperator ist. Bei einer alternativen Ausführungsform könnten separate Vorfilter auf die separaten Signale angewendet werden. Das Optimalwertmodul 240 erhält als Eingaben die Befehle 232 und 234 und erzeugt einen Optimalwert-AGR-Befehl 242 und einen Optimalwert-VGT-Befehl 244. Bei einem beispielhaften Steuersystem sind die Optimalwertbefehle 242 und 244, die durch das Optimalwertmodul 240 entwickelt werden, im Wesentlichen eine Inverse der Anlagendynamik, die Standard-Aktuatorpositionen anhand der Steuerungseinstellungspunkte erzeugt, die üblicherweise durch die Motordrehzahl und die Motorlast zeitlich festgelegt werden, wie es in 4 gezeigt ist. Rückkopplungssignale, die eine Ist-AGR-Position oder eine resultierende AGR-Rate 236 und eine Ist-VGT-Position oder einen resultierenden Ladedruck 238 beschreiben, werden mit den entsprechenden Befehlen 232 und 234 verglichen, und es werden ein AGR-Abweichungsterm 246 sowie ein VGT-Abweichungsterm 248 ermittelt. Der AGR-Abweichungsterm 246 und der VGT-Abweichungsterm 248 werden als Eingaben für das MIMO-Modul 250 verwendet, das als ein MIMO-Rückkopplungscontroller verkörpert ist, und die hierin beschriebenen Verfahren werden verwendet, um einen MIMO-AGR-Befehl 252 und einen MIMO-VGT-Befehl 254 zu entwickeln. Die Befehle 252 und 254 werden mit den entsprechenden Befehlen 242 und 244 kombiniert, um einen korrigierten AGR-Befehl 256 und einen korrigierten VGT-Befehl 258 zu erzeugen. Wie vorstehend beschrieben ist, können die Aktuatoren, welche die AGR und den VGT steuern, Grenzen aufweisen. Das AGR-Aktuatorgrenzenmodul 260 konditioniert den korrigierten AGR-Befehl 256 basierend auf den Aktuatorgrenzen, um einen AGR-Positionsbefehl 262 zu erzeugen. Auf ähnliche Weise konditioniert das VGT-Aktuatorgrenzenmodul 270 den korrigierten VGT-Befehl 258 basierend auf den Aktuatorgrenzen, um einen VGT-Positionsbefehl 272 zu erzeugen. Die zwei Eingaben für die Motoranlage 280 umfassen den AGR-Positionsbefehl 262 und den VGT-Positionsbefehl 272. Sowohl eine resultierende AGR-Rate 236 als auch der resultierende Ladedruck 238 sind als Ausgaben der Motoranlage 280 dargestellt.
Vorstehend sind VGT-Befehle als ein Verfahren zum Steuern eines Ladedrucks beschrieben. Es können jedoch andere Befehle, die einen Ladedruck steuern, wie beispielsweise ein Ladedruckbefehl oder ein Krümmerluftdruckbefehl, auf ähnliche Weise anstelle von VGT-Befehlen verwendet werden.
Die hierin beschriebenen Verfahren umfassen ein MIMO-Modul 250, sodass ein Regelungssystem verwendet wird, das Stabilitäts- und Leistungsanforderungen mit robusten Randbedingungen gegenüber Ungenauigkeiten und Nichtlinearitäten des Motors erfüllt. Es kann ein Verfahren mit dem MIMO-Modul 250 verwendet werden, das eine Steuerung umfasst, die ein Niveau einer Entkopplung zwischen der AGR-Schleife und der Ladedruckschleife erreicht, während die computertechnische Effizienz, die durch die Verwendung der MIMO-Modulsteuerung ermöglicht wird, erhalten wird. Durch das Entkoppeln der Steuerung der AGR und des VGT zeigt das System einen Widerstand gegenüber Störungen, die durch eine gekoppelte Steuerung der AGR und des VGT erzeugt werden, und es zeigt eine verbesserte Nachfolgefähigkeit zwischen einer gewünschten Ausgabe und einer gemessenen Ausgabe des Motors. Zusätzlich ermöglicht die entkoppelte Steuerung der AGR und des VGT ein individuelles Abstimmen für jede der speziellen Steuerungsfunktionen und der zugeordneten Verstärkungen, wodurch die Kalibrierung vereinfacht wird.
Ein beispielhafte Auswahl von Funktionen und zugeordneten Verstärkungen zum Erreichen einer entkoppelten Steuerung der AGR und des VGT basiert auf einem Satz linearer Modelle, die anhand einer nichtlinearen Motoranlage an ausgewählten Betriebspunkten identifiziert werden. Ein solcher Prozess ist als eine Systemidentifikation bekannt. Bei einem beispielhaften Verfahren zum Auswählen der Funktionen und der zugeordneten Verstärkungen können überlagerte sinusförmige Signale oder Pseudozufalls-Binärsignale als andauernde Anregung für die Anlage zur Systemidentifikation verwendet werden. Um den Frequenzbereich für die andauernde Anregung zu ermitteln, werden Leistungsspektren der Befehlssignale für den Ladedruckbefehl und den AGR-Ratenbefehl während eines EPA-definierten FTP-75-Übergangsemissionstests analysiert. Es wird anhand beider Spektren gefunden, dass 96% der Energie in dem Frequenzband von 0,5 Hz konzentriert ist. Da die Antworten des Luftsystems erforderlich sind, um die Einstellungspunktbefehle nachzuverfolgen, sollte der Frequenzbereich der Systemidentifikation zumindest fünfmal größer als 0,5 Hz (πrad/s) sein und sich möglicherweise über die Grenzfrequenz des Systems hinaus erstrecken: ω = (0 ω_H), ω_H > max(5·π, ω_{Cut off}) (1)
Ein linearisiertes Zustandsraumsystem für das Lufthandhabungssystem eines Dieselmotors wird durch in der Technik bekannte Verfahren identifiziert. Bei einem beispielhaften Verfahren, das physikalische Mittelwertmodelle eines Lufthandhabungssystems verwendet, die durch Anwendung der Massenerhaltung und der Energieerhaltung abgeleitet werden, kann die Luftpfaddynamik effektiv durch ein nichtlineares System fünfter Ordnung wie folgt beschrieben werden:
wobei die fünf Zustände sind:

m_im,: die Luftmasse des Einlassvolumens,
m_em,: die Abgasmasse in dem Auslasskrümmer,
P_im,: der Ladedruck (Einlasskrümmerdruck),
P_em,: der Auslasskrümmerdruck, und
N_t,: die Turbodrehzahl.

Die anderen Parameter in Gleichung 2–6 repräsentieren Massendurchsätze durch unterschiedliche Volumina, Temperaturen und Koeffizienten für die spezifische Wärme. Indem die Massenbilanzgleichungen für das Einlass- und Auslassvolumen vernachlässigt werden, kann das Modell weiter auf eine Differentialgleichung dritter Ordnung mit dem Ladedruck, dem Auslassdruck und der Turbodrehzahl als die Zustandsvariablen vereinfacht werden. Diese Beobachtung gibt an, dass man eine Modellstruktur dritter, fünfter oder höherer Ordnung für das identifizierte lineare System auswählen kann.
Als ein Beispiel wird ein lineares Modell anhand eines 4,9-Liter-Dieselmotors für den folgenden Betriebspunkt identifiziert: die Motordrehzahl beträgt 2000 U/min, die Motorlast beträgt 374 ft-lb (507,08 J), die AGR-Ventilposition ist zu 7% offen (erste Steuereingabe), die VGT-Position ist zu 70% geschlossen (zweite Steuereingabe). Es werden überlagerte sinusförmige Signale angewendet, um das AGR-Ventil und die VGT-Schaufelposition zu stören. Die Beträge der Anregungssignale werden als ± 10% um die Einstellpunktwerte für die AGR- und die VGT-Ventilposition ausgewählt. Das Systemmodell wird durch die Systemidentifikation als ein lineares Mehrvariablen-System fünfter Ordnung in der folgenden zeitdiskreten Form identifiziert: X_k+1 = Ax_k + Bu_k [6] y_k = Cx_k [7] u = [u₁ u₂]' [8] y = [y₁ y₂]' [9] wobei die AGR- und VGT-Position die Eingaben sind und die AGR-Rate und der Ladedruck die Ausgaben sind: u₁ = u_EGR, u₂ = u_VGT, y₁ = EGR%, y₂ = P_im [10]
Das identifizierte Modell wird anschließend validiert, und seine Zeitantworten können mit den Anregungssignalen verglichen werden. 5 stellt eine gemessene Ausgabe und eine simulierte Ausgabe, die zu dem Zweck einer Validierung des simulierten Modells verglichen werden, gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar. Die x-Achsen beider Graphiken beschreiben eine Zeit eines Tests in Sekunden. Die y-Achse der oberen Graphik beschreibt eine Störung in einer AGR-Rate. Die y-Achse der unteren Graphik beschreibt eine Störung in dem Ladedruck. Die Kurven 290 und 294 repräsentieren die gestörten Ausgaben des Ladedrucks bzw. der AGR-Rate. Die Kurven 292 und 296 repräsentieren die entsprechenden Modellausgaben von Gleichung 6–9. Die in 5 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass das beispielhafte Modell zu ungefähr 90% genau ist.
6 stellt Pol-Nullstellenlagen des beispielhaften linearen Modells, das in der Domäne mit kontinuierlicher Frequenz gezeigt ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Indem die Übertragungsfunktionen G11, G12, G21 und G22 als individuelle Elemente für dieses System definiert werden, können die folgenden Gleichungen aufgestellt werden: y₁ = G₁₁u₁ + G₁₂u₂ [11] y₂ = G₂₁u₁ + G₂₁u₂ [12]
Da die Übertragungsfunktionen dieselben Pole teilen, bestimmen ihre Übertragungsnullstellen die Differenzen zwischen diesen Untersystemen. In jeder Teilgraphik von 6 werden drei Nullstellen durch drei Pole an diesen Orten nahezu ausgelöscht. Daher gibt die verbleibende vierte Nullstelle an, wie stark eine Steuereingabe die Ausgaben beeinflussen wird. Beispielsweise befindet sich die vierte Nullstelle von G₁₂ bei –23 auf der realen Achse, was relativ zu den anderen Nullstellen in anderen Untersystemen G₁₁, G₂₁ und G₂₂ am weitesten von der imaginären Achse entfernt ist. Dies bedeutet, dass die VGT-Eingabe nicht nur den Ladedruck, sondern auch die AGR-Rate an diesen Betriebspunkt wesentlich beeinflusst. Indem die Abstände der vierten Nullstellen in G21 und G22 von der imaginären Achse verglichen werden, sieht man, dass die AGR-Ventileingabe eine geringe Kopplungswirkung auf den Ladedruck aufweist. Dies bedeutet, dass der VGT der Haupthebel ist, um sowohl den Ladedruck als auch die AGR-Rate zu modulieren. Ferner ist das durch die Gleichungen 6–9 beschriebene System ein nicht minimales Phasensystem, bei dem es eine Nullstelle in der rechten s-Halbebene für G₁₂ gibt, wie es in 6 gezeigt ist.
Die hierin beschriebenen Verfahren entkoppeln die AGR-Rate von der Ladedrucksteuerung für ein System mit mehreren Variablen, wie es durch die Gleichungen 6–9 beschrieben ist. Eine kompensierte Motoranlage P(s, ρ), die durch die Anwendung einer Entkopplungsmatrix korrigiert oder kompensiert ist, kann durch die folgende Gleichung definiert werden: P(s, ρ) = G(s, ρ)·W(s, ρ) [13] wobei G(s, ρ) ein originales Steuerkettensystem oder die unmodifizierte Motoranlagenverstärkung ist und W(s, ρ) eine Gewichtungsmatrix oder Entkopplungsmatrix ist, die das modellierte System P(s, ρ) erzeugt.
W(s, ρ) ist derart konstruiert, dass P(s, ρ) diagonal dominant ist, was den folgenden Ausdruck ergibt:
Ein beispielhaftes Verfahren, um P diagonal dominant zu machen, ist es, W basierend auf der Inversen von G zu konfigurieren. Bei einer Ausbildungsform kann die Entkopplungsmatrix W durch die folgende Gleichung beschrieben werden:
wobei ω eine Motordrehzahl beschreibt, Pr_c ein Kompressordruckverhältnis des Turboladers ist, Pr_t ein Turbinendruckverhältnis des Turboladers ist und ΔP ein Deltadruck des Motors ist, der als ein Abgasdruck dividiert durch einen Einlasskrümmerdruck definiert ist.
Die Entkopplungsmatrix W kann in einem MIMO-Rückkopplungscontroller verwendet werden, wie er bei der beispielhaften Ausführungsform von 4 beschrieben ist. 7 stellt den Betrieb eines beispielhaften Diagonal-MIMO-Rückkopplungscontrollers, der eine Entkopplungsmatrix verwendet, gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch dar. Eine Konfiguration 300 umfasst einen Rückkopplungscontroller 310, eine Entkopplungsmodul 320, Aktuator-Sättigungsmodule 330 und 335 und eine Motoranlage 340. Die Eingaben für die Konfiguration 300 umfassen einen unkorrigierten AGR-Einstellungspunktbefehl 312 und einen unkorrigierten Krümmerluftdruck-Einstellungspunktbefehl (MAP-Einstellungspunktbefehl) 314. Die Befehle 312 und 314 werden jeweils mit Rückkopplungssignalen kombiniert, die eine resultierende AGR-Rate 316 und einen resultierenden MAP 318 beschreiben, um einen AGR-Abweichungsterm 322 und einen MAP-Abweichungsterm 324 zu erzeugen. Der Rückkopplungscontroller 310 kann eine beispielhafte PID-Steuerung und als Eingaben den AGR-Abweichungsterm 322 und den MAP-Abweichungsterm 324 umfassen. Bei einer Ausführungsform kann der Rückkopplungscontroller 310 Diagonalcontroller umfassen, die durch den folgenden Ausdruck beschrieben werden.
Der Kopplungscontroller 310 erzeugt Rückkopplungs-Steuerausgaben sowohl der AGR als auch des Ladedrucks basierend auf der Anwendung von c₁(s) und c₂(s). Das Entkopplungsmodul 320 empfängt die Ausgaben des Rückkopplungscontrollers und wendet W(s, ρ) an, wie vorstehend beschrieben ist, um korrigierte entkoppelte Steuersignals zu erzeugen. Die Aktuator-Sättigungsmodule 330 und 335 vergleichen jeweils über der Zeit das entsprechende Eingabe-Steuersignal oder den Eingabe-Steuerbefehl, der mit dem Aktuator erzeugt wird, mit Systemgrenzen, und er wendet Korrekturen gegen ein Aufschaukeln auf die korrigierten entkoppelten Steuersignale an. Die Motoranlage 340 kann durch G(s, ρ) repräsentiert werden, und die Ausgaben der Motoranlage 340 können überwacht, gemessen, geschätzt oder vorausgesagt werden. Die Rückkopplungssignale können modelliert werden, wie es durch die folgende Gleichung beschrieben ist:
wobei K_pi eine Proportionalverstärkung ist und als ein tabellierter Wert referenziert werden kann und wobei K_Ii eine Integrationsverstärkung ist und ebenfalls als ein tabellierter Wert referenziert werden kann.
8 stellt den Betrieb eines beispielhaften Diagonal-MIMO-Rückkopplungscontrollers, der eine Entkopplungsmatrix verwendet, gemäß der vorliegenden Offenbarung in größerem Detail schematisch dar. Es ist eine Konfiguration 350 dargestellt, die einen Rückkopplungscontroller 310, ein Entkopplungsmodul 320 und Aktuator-Sättigungsmodule 330 und 335 umfasst. Die Eingaben für die Konfiguration 300 umfassen einen unkorrigierten AGR-Einstellungspunktbefehl 312 und einen unkorrigierten MAP-Einstellungspunktbefehl 314. Die Befehle 312 und 314 werden jeweils mit Rückkopplungssignalen kombiniert, die eine resultierende AGR-Rate 316 und einen resultierenden MAP 318 beschreiben, um einen AGR-Abweichungsterm 322 und einen MAP-Abweichungsterm 324 zu erzeugen. Beispielhafte Tiefpassfilter 352 und 354 werden zum Filtern der Terme 322 bzw. 324 verwendet, und sie erzeugen einen gefilterten AGR-Abweichungsterm 380 und einen gefilterten MAP-Abweichungsterm 382. Die Terme 380 und 382 sind Eingaben für den Rückkopplungscontroller 310. In dem Rückkopplungscontroller 310 umfasst die beispielhafte Konfiguration 350 eine P-Verstärkungscontrollermatrix 356, welche die Proportionalcontroller c₁ und c₂ beschreibt, wie sie bezogen auf 7 und Gleichung 16 beschrieben sind, und eine I-Verstärkungscontrollermatrix 358, welche die Integralcontroller c₁ und c₂ beschreibt, wie sie bezogen auf 7 und Gleichung 16 beschrieben sind. Sowohl die P-Verstärkungscontrollermatrix 356 als auch die I-Verstärkungscontrollermatrix 358 erhalten beide Terme 380 und 382 als Eingabe. Eine beispielhafte P-Verstärkungscontrollermatrix 356 kann durch den folgenden Ausdruck beschrieben werden.
K_p1 und K_p2 können durch die folgende Gleichung beschrieben werden: K_p1,2 = f_p(ω, P_im) [19] wobei P_im den MAP beschreibt. Auf ähnliche Weise kann eine beispielhafte I-Verstärkungscontrollermatrix 358 durch den folgenden Ausdruck beschrieben werden.
K_I1 und K_I2 können durch die folgende Gleichung beschrieben werden: K_I1,2 = f_I(ω, P_im) [21]
Der Rückkopplungscontroller 310 gibt anhand der P-Verstärkungscontrollermatrix 356 eine unkorrigierte P-Vestärkungs-AGR-Komponente 384 und eine unkorrigierte P-Verstärkungs-MAP-Komponente 385 aus. Der Rückkopplungscontroller 310 gibt auch anhand der I-Verstärkungscontrollermatrix 358 eine unkorrigierte I-Verstärkungs-AGR-Komponente 386 und eine unkorrigierte I-Verstärkungs-MAP-Komponente 387 aus. Das Entkopplungsmodul 320 umfasst Module 360 und 362, die jeweils darauf ausgerichtet sind, ein Paar von Komponenten 384 und 385 bzw. Komponenten 386 und 387 mit der Entkopplungsmatrix W zu entkoppeln. Das Entkopplungsmodul 320 gibt eine korrigierte P-Verstärkungs-AGR-Komponente 388, eine korrigierte P-Verstärkungs-MAP-Komponente 389, eine korrigierte I-Verstärkungs-AGR-Komponente 390 und eine korrigierte I-Verstärkungs-MAP-Komponente 391 aus.
Das Nachverfolgen des Betriebs von Aktuatoren über der Zeit kann eine Anzahl von Ausführungsformen annehmen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Integrations- oder Integratormodul verwendet werden, um Werte des Aktuators über eine Zeitdauer nachzuverfolgen. Die Steuerverfahren können anschließend den Betrieb des Aktuators über die Zeitdauer berücksichtigen. Es ist bekannt, dass beispielhafte Ausführungsformen eines MIMO-Moduls einen Integrator auf Eingaben anwenden, die in das MIMO-Modul eintreten. Basierend auf den hierin beschriebenen Verfahren kann die Anwendung der Entkopplungsmatrix auf die Steuersignalausgabe von dem MIMO-Modul jedoch den tatsächlichen Betrieb der Aktuatoren, die durch die Ausgaben des MIMO-Moduls gesteuert werden, im Vergleich zu einer beliebigen Integration verändern, die auf Eingaben für das MIMO-Modul basiert. Infolgedessen kann die Integration des Aktuatorbetriebs oder die Steuerung des hierin beschriebenen Systems verbessert werden, indem der Betrieb oder die Steuerung basierend auf den Ausgaben des MIMO-Moduls integriert wird.
Das Aktuator-Sättigungsmodul 330 umfasst überwachte Eingaben der korrigierten P-Verstärkungs-AGR-Komponente 388 und einer korrigierten I-Verstärkungs-AGR-Komponente 390. Das Aktuator-Sättigungsmodul 330 umfasst ein korrigierendes Integrationsmodul 364, das die korrigierte I-Verstärkungs-AGR-Komponente 390 integriert; ein Aktuator-Sättigungsgrenzenmodul 366, das bei oder in der Nähe von Grenzbedingungen des gesteuerten AGR-Aktuators diesen evaluiert; und ein Modul 368 zur Integration gegen ein Aufschaukeln, das ein korrigiertes Signal 398 an das korrigierende Integrationsmodul 364 liefert. Das Aktuator-Sättigungsmodul 335 ist ähnlich dargestellt und umfasst überwachte Eingaben der korrigierten P-Verstärkungs-MAP-Komponente 389 und einer korrigierten I-Verstärkungs-MAP-Komponente 391. Das Aktuator-Sättigungsmodul 335 umfasst ein korrigierendes Integrationsmodul 370, das die korrigierte I-Verstärkungs-MAP-Komponente 391 integriert; ein Aktuatorsättigungsgrenzenmodul 372, das bei oder in der Nähe von Grenzbedingungen des gesteuerten MAP-Aktuators diesen evaluiert; und ein Modul 374 zur Integration gegen ein Aufschaukeln, das ein Korrektursignal 399 an das korrigierende Integrationsmodul 370 liefert.
Wie vorstehend beschrieben ist, umfasst die Steuerung der AGR- und VGT-Systeme die Steuerung von Aktuatoren, welche die Ladungsluftströmung durch den Einlass des Motors steuern. Der Betrieb dieser Aktuatoren bei oder in der Nähe von Grenzen der Aktuatoren kann zu einer Abweichung zwischen den Soll-Anteilen der Ladungsluftströmung und den Ist-Anteilen der Ladungsluftströmung führen. Die Aktuator-Sättigungsmodule 330 und 335 überwachen den Betrieb der AGR- und der VGT-Aktuatoren bei oder in der Nähe von deren Grenzen und integrieren die überwachten Befehle selektiv basierend darauf, ob für die Aktuatorbefehle wahrscheinlich ist, dass sie zu tatsächlichen Änderungen für die Ladungsluftströmung führen. Wenn ein Aktuator beispielsweise bei einer positiven Grenze überwacht wird und eine positive Änderung in dem Aktuatorbefehl detektiert wird, dann wird das Aktuator-Sättigungsmodul diese positive Änderung in dem Aktuatorbefehl nicht erfassen oder integrieren. Auf ähnliche Weise wird das Aktuator-Sättigungsmodul dann, wenn ein Aktutor bei einer negativen Grenze überwacht wird und eine negative Änderung in dem Aktuatorbefehl detektiert wird, diese negative Änderung in dem Aktuatorbefehl nicht erfassen oder integrieren.
Die korrigierenden Integrationsmodule 364 und 370 integrieren entsprechende Signale der korrigierten I-Verstärkungs-AGR-Komponente 390 und der korrigierten I-Verstärkungs-MAP-Komponente 391, und sie erfassen akkumulierte Werte der I-Verstärkungs-Komponentensignale über eine Zeitdauer. Die korrigierenden Integrationsmodule 364 und 370 umfassen in der Integration die Signale 398 bzw. 399 zur Korrektur gegen ein Aufschaukeln von den Modulen 368 bzw. 374 zur Integration gegen ein Aufschaukeln. Wie vorstehend beschrieben ist, vermeiden die Module 364 und 370 durch das Integrieren der Signale basierend auf den Ausgaben des MIMO-Moduls Ungenauigkeiten, die aus dem Anwenden von Integrationen basierend auf Eingaben für das MIMO-Modul resultieren würden. Das korrigierende Integrationsmodul 364 gibt eine integrierte korrigierte I-Verstärkungs-AGR-Komponente 396 aus. Die korrigierte P-Verstärkungs-AGR-Komponente 388 und die integrierte korrigierte I-Verstärkungs-AGR-Komponente 396 werden summiert, um einen summierten, nicht evaluierten AGR-Befehl 392 zu erzeugen. Der Befehl 392 wird durch das Aktuator-Sättigungsgrenzenmodul 366 evaluiert. Wenn sich der Aktuator nicht bei oder in der Nähe der Grenze befindet oder keine Korrektur wegen der Aktuatorgrenzen erforderlich ist, wird der Befehl 392 ein AGR-Befehl 393 für eine Ausgabe an den Motor und/oder den entsprechenden Aktuator. Der AGR-Befehl 393 kann beispielsweise in einen AGR-Positionsbefehl 262 umgewandelt werden, wie es bei 4 beschrieben ist. Wenn eine Korrektur wegen der Aktuatorgrenzen erforderlich ist, wird der Befehl 392 verwendet, um ein Signal 398 zur Korrektur gegen ein Aufschaukeln durch das Modul 368 zur Integration wegen des Aufschaukelns zu erzeugen. Auf ähnliche Weise gibt das korrigierende Integrationsmodul 370 eine integrierte korrigierte I-Verstärkungs-MAP-Komponente 397 aus. Die korrigierte P-Verstärkungs-MAP-Komponente 389 und die integrierte korrigierte I-Verstärkungs-MAP-Komponente 397 werden summiert, um einen summierten, nicht evaluierten MAP-Befehl 394 zu erzeugen. Der Befehl 394 wird durch das Aktuator-Sättigungsgrenzenmodul 372 evaluiert. Wenn sich der Aktuator nicht bei oder in der Nähe der Grenze befindet oder keine Korrektur wegen der Aktuatorgrenzen erforderlich ist, wird der Befehl 394 zu einem MAP-Befehl 395 für eine Ausgabe an den Motor und/oder den entsprechenden Aktuator. Der MAP-Befehl 395 kann beispielsweise in einen VGT-Positionsbefehl 272 umgewandelt werden, wie es bei 4 beschrieben ist. Wenn eine Korrektur wegen der Aktuatorgrenzen erforderlich ist, wird der Befehl 394 verwendet, um das Signal 399 zur Korrektur gegen ein Aufschaukeln durch das Modul 374 zur Integration wegen des Aufschaukelns zu erzeugen.
Eine Echtzeitberechnung von Parametern zum Betreiben eines Motors kann für vereinfachte Berechnungen optimiert werden. Bei niedrigen Frequenzen, die durch Werte des Frequenzoperators s definiert sind, können die Gleichungen 13–15 vereinfacht werden. Wenn man sich die Definition von Gleichung 13 in Erinnerung ruft, kann die Entkopplungsmatrix bei niedrigen Frequenzen durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden: W = inv(DCgain)·diag(α₁, α₂) [22] DCgain = G(s)|_s=0 = –CA^–1B [23]
wobei DCgain eine statische Verstärkungsmatrix ist, die G(s) beschreibt, ω die Motordrehzahl ist, Pr ein Aufladungsverhältnis ist, P_im der Ladedruck ist und P_am der Umgebungsdruck ist.
9 stellt beispielhafte Frequenzantworten eines Motoranlagenmodells, das eine Entkopplungsmatrix verwendet, gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar. 9 ist ein Bode-Diagramm des entkoppelten Systems bei niedrigen Frequenzen. Wenn die Graphiken in Quadranten aufgeteilt werden, die Paare von Kurven beschreiben, beschreiben die obere Kurve in der linken Spalte und die Kurve unter dieser ein Ansprechen des AGR-Anteils auf Änderungen in der AGR-Ventilposition, wobei die obere Kurve ein Ansprechen des Betrags und die untere Kurve ein Ansprechen der Phase beschreibt. Die unteren zwei Kurven in der linken Spalte beschreiben ein Ansprechen des Ladedrucks auf Änderungen in der AGR-Ventilposition, wobei die obere Kurve ein Ansprechen des Betrags und die untere Kurve ein Ansprechen der Phase beschreibt. Die obere Kurve in der rechten Spalte und die Kurve unter dieser beschreiben ein Ansprechen des AGR-Anteils auf Änderungen in der VGT-Position, wobei die obere Kurve ein Ansprechen des Betrags und die untere Kurve ein Ansprechen der Phase beschreibt. Die unteren zwei Kurven in der rechten Spalte beschreiben ein Ansprechen des Ladedrucks auf Änderungen in der VGT-Position, wobei die obere Kurve ein Ansprechen des Betrags und die untere Kurve ein Ansprechen der Phase beschreibt. Man kann anhand von 9 erkennen, dass die VGT-Eingabe nun hauptsächlich den Ladedruck mit einer minimalen Auswirkung auf die AGR-Rate beeinflusst. Auf ähnliche Weise weist die AGR-Ventileingabe eine dominante Wirkung auf die AGR-Rate auf, mit einer minimalen Auswirkung auf den Ladedruck. Das kompensierte System wird in den Bereichen von Interesse bei niedriger Frequenz diagonal dominant.
Basierend auf dem kompensierten System kann eine quantitative Rückkopplungskonstruktion für die AGR- und die VGT-Steuerung implementiert werden. 10 stellt einen beispielhaften Diagonalcontroller, der zum Implementieren eines kompensierten Motoranlagenmodells unter Verwendung von W(s) bei niedrigen Frequenzen verwendet werden kann, gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch dar. Ein beispielhafter Diagonalcontroller kann in der Form von 10 strukturiert werden, welcher die Dynamik des Regelungssystems wie folgt erbringt. G_CL(s) = (I + P(s)C(s))^–1 P(s)C(s) [26]
Die Konstruktion der Rückkopplungssteuerung wird anschließend durch ein Bilden einer MIMO-Schleife im Rahmen einer Konstruktion anhand einer quantitativen Rückkopplungstheorie (QFT) durchgeführt. Speziell werden die Schleifenübertragungen dieses MIMO-Systems für die erste und die zweite Steuerschleife oder den ersten und zweiten Steuerkanal wie folgt mit L₁(s), L₂(s) bezeichnet. L₁(s) = p₁₁c₁ – p₁₂c₂(1 + p₂₂c₂)^–4p₂₁c₁ [27] L₂(s) = p₂₂c₂ – p₁₂c₂(1 + p₁₁c₁)^–1p₂₁c₁ [28]
Das beispielhafte Bilden einer MIMO-Schleife kann durch die folgenden Schritte ausgeführt werden. Zuerst wird angenommen, dass c₂(s) ein Controller mit hoher Verstärkung ist, sodass L₁(s) ≈ (p₁₁ – p₁₂p₂₂ ^–1p₂₁)c₁ = P₁₁c₁ [29] anschließend wird c₁(s) derart konstruiert, dass es die vereinfachte Sensitivitätsfunktion des ersten Steuerungskanals stabilisiert, der mit s₁₁ bezeichnet wird, während das Kriterium für das Bilden der Schleife
für die gegebenen Sensitivitätsgrenzen m ~₁(ω) und m₁(ω) erfüllt wird. Die frequenzbasierte Begrenzung m ~₁(ω) ≤ m₁(ω) wird für eine Überdimensionierung als ein Teil einer sequentiellen Konstruktion verwendet, da L₁(s) in diesem Schritt angenähert wird.
Als ein zweiter Schritt wird die Sensitivitätsfunktion des zweiten Steuerkanals für ein gegebenes c₁(s) aus dem ersten Konstruktionsschritt
wobei c₂(s) anhand von p ~₂₂ konstruiert ist, was die Sensitivitätsfunktion s₂₂ stabilisiert, während die folgenden Ungleichungen ebenso erfüllt werden:
wobei die Begrenzungen für die Sensitivitätsfunktionen ausgewählt werden, um eine gewünschte Nachverfolgung und eine gewünschte Störungsabschwächung für die spezielle Anlage zu erreichen. Eine Verstärkungsgrenze (GM) und eine Phasengrenze (PM) sind effektive Maße der Systemrobustheit. PM steht auch mit einer Übersteuerung und der Ansprechzeit des Systems in Verbindung. Wie in Gleichung 20 beschrieben ist, wird durch die Festlegung m(ω) = 1 / sin(PM)[34] die Sensitivitätsfunktion begrenzt durch
sodass das Regelungssystem obere und untere Verstärkungsgrenzen von k₂[1 – sin(PM)]^–1 und [1 + sin(PM)]/k₁ garantiert. Eine ähnliche Folgerung gilt für eine komplementäre Sensivitätsfunktion, sodass
Für ein MIMO-Steuersystem sind PM₁ und PM₂ als die Phasengrenzen für die Schleifenübertragungen L₁(s) und L₂(s) in dem ersten bzw. dem zweiten Steuerkanal definiert. Auf ähnliche Weise sind die Verstärkungsgrenzen als GM₁ und GM₂ definiert. Basierend auf den Beziehungen von Gleichung 34–36 werden die QFD-Begrenzungen anhand der Verstärkungs- und Phasengrenzen für die gewünschte Schleifenübertragung ermittelt, um die Sensitivitäts-Übertragungsfunktionen s₁₁ und s₂₂ zu bilden.
Der Einfachheit halber kann man die Controller von c₁(s) und c₂(s) in der Form einer Steuerung vom PI-Typ mit einer zusätzlichen Tefpassfilterung wie folgt implementieren.
Ein beispielhaftes Verfahren leitet die QFD-Begrenzungen für die Proportianalverstärkung K_p und die Integralverstärkung K_i sowie für die Grenzfrequenz ω_c anhand der QFD-Begrenzungen der Sensitivitätsfunktionen s₁₁ und s₂₂ ab. Eine Familie von Controllern c₁(s) und c₂(s) wird anschließend berechnet, sodass die Ungleichungen von Gleichung 32 und 33 erfüllt sind. Unter diesen Controller kann man eine optimale Lösung auswählen, um den Kompromiss zwischen dem Ansprechen des Ladedrucks und dem Ansprechen der AGR-Rate weiter auszubalancieren.
Ein vorstehend beschriebenes Verfahren zum Steuern eines AGR-Systems und eines VGT in einem Motor kann derart zusammengefasst werden, dass es umfasst, dass mehrere Betriebspunkte über einen Betriebsbereich des Motors identifiziert werden, der durch die Motordrehzahl und die Motorlast definiert ist, das eine Entkopplungsmatrix für den Motor durch eine Systemidentifikation ermittelt wird, das für jeden Betriebspunkt ein Steuerschema mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen ermittelt wird, welches das Abgasrückführungssystem und den Turbolader mit variabler Geometrie basierend auf der Entkopplungsmatrix und dem unkompensierten Modell des Motors steuert, und dass das Steuerschema mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen für jeden Betriebspunkt verwendet wird, um den Motor zu steuern. Das Ermitteln der Entkopplungsmatrix für den Motor umfasst an jedem Betriebspunkt, dass eine Motordrehzahl überwacht wird, dass ein Ladeverhältnis überwacht wird, dass eine statische Verstärkung identifiziert wird, die ein unkompensiertes Modell des Motors beschreibt, und dass ein Datenpunkt für die Entkopplungsmatrix basierend auf einer Inversen des unkompensierten Modells des Motors identifiziert wird. Das Verwenden des Steuerschemas mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen für jeden Betriebspunkt zum Steuern des Motors kann beispielsweise durchgeführt werden, indem Befehle zwischen den Betriebspunkten interpoliert werden.
Steuermodul, Modul, Controller, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Ausdrücke bedeuten eine beliebige oder verschiedene Kombinationen eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise, eines elektronischen Schaltkreises oder mehrerer elektronischer Schaltkreise, einer zentrale Verarbeitungseinheit oder mehrerer zentraler Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise ein Mikroprozessor bzw. Mikroprozessoren) und eines zugeordneten Speichers und einer zugeordneten Archivierung (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Arbeitsspeicher, Festplatte usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eines Schaltkreises der Schaltungslogik oder mehrerer Schaltkreise der Schaltungslogik, einer oder mehrerer Eingabe/Ausgabe-Schaltung(en) und -Einrichtungen, geeigneter Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen sowie anderer geeigneter Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Das Steuermodul weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die residente Software-Programmanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die in dem Speicher gespeichert sind und ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen zu schaffen. Die Algorithmen werden vorzugsweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt. Die Algorithmen werden beispielsweise von der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den Detektionseinrichtungen und anderen Steuermodulen im Netzwerk zu überwachen sowie Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Die Schleifenzyklen können während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise jede 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden. Alternativ können die Algorithmen in Ansprechen auf ein Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und deren Modifikationen beschrieben. Weitere Modifikationen und Veränderungen können Anderen während des Lesens und Verstehens der Beschreibung auffallen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die spezielle Ausführungsform bzw. die speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, die als die beste Weise offenbart wird bzw. werden, die für die Ausführung dieser Offenbarung in Erwägung gezogen wird, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Abgasrückführung und eines Krümmerluftdrucks in einem Motor, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Entkopplungsmatrix in einem Controller mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen verwendet wird, um einen Abgasrückführungsbefehl und einen Krümmerluftdruckbefehl zu ermitteln, wobei die Entkopplungsmatrix basierend auf einem diagonal dominanten Modell des Motors konfiguriert wird, das durch den ermittelten Abgasrückführungsbefehl und den Krümmerluftdruckbefehl kompensiert wird; und die Abgasrückführung und der Krümmerluftdruck basierend auf dem ermittelten Abgasrückführungsbefehl und dem ermittelten Krümmerluftdruckbefehl gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: eine Aktuatorsättigung eines Aktuators, der die Abgasrückführung steuert, evaluiert wird; eine Aktuatorsättigung eines Aktuators, der den Krümmerluftdruck steuert, evaluiert wird; der Abgasrückführungsbefehl basierend auf der evaluierten Aktuatorsättigung des Aktuators, der die Abgasrückführung steuert, modifiziert wird; und der Krümmerluftdruckbefehl basierend auf der evaluierten Aktuatorsättigung des Aktuators, der den Krümmerluftdruck steuert, modifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Modifizieren des Abgasrückführungsbefehls umfasst, dass eine Integration basierend auf einer Ausgabe der Entkopplungsmatrix verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Modifizieren des Krümmerluftdruckbefehls umfasst, dass eine Integration basierend auf einer Ausgabe der Entkopplungsmatrix verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Entkopplungsmatrix, die basierend auf dem diagonal dominanten Modell des Motors konfiguriert ist, basierend auf einer Inversen eines unkompensierten Modells des Motors konfiguriert wird.
Verfahren zum Steuern eines Lufthandhabungssystems für einen Motor, der ein Abgasrückführungssystem, das eine Abgasrückführung steuerbar an den Motor liefert, und eine Aufladungseinrichtung umfasst, die einen Krümmerluftdruck steuerbar beeinflusst, wobei das Verfahren umfasst, dass: Parameter überwacht werden, die einen Soll-Motorzustand beschreiben; in einem Controller mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen ein Abgasrückführungsbefehl basierend auf den überwachten Parametern und einer Entkopplungsmatrix ermittelt wird; in dem Controller mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen ein Krümmerluftdruckbefehl basierend auf den überwachten Parametern und der Entkopplungsmatrix ermittelt wird; und das Lufthandhabungssystem basierend auf dem Abgasrückführungsbefehl und dem Krümmerluftdruckbefehl gesteuert wird; wobei die Entkopplungsmatrix basierend auf einem diagonal dominanten Modell des Motors konfiguriert wird, das durch den ermittelten Abgasrückführungsbefehl und den Krümmerluftdruckbefehl kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst, dass: Aktuatorgrenzen für einen Aktuator, der die Zufuhr der Abgasrückführung steuert, überwacht werden; Aktuatorgrenzen für einen Aktuator, der den Krümmerluftdruck steuerbar beeinflusst, überwacht werden; wobei das Ermitteln des Abgasrückführungsbefehls ferner auf den überwachten Aktuatorgrenzen für den Aktuator basiert, der die Zufuhr der Abgasrückführung steuert; und wobei der Krümmerluftdruckbefehl ferner auf den überwachten Aktuatorgrenzen für den Aktuator basiert, der den Krümmerluftdruck steuerbar beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ermitteln des Abgasrückführungsbefehls basierend auf den überwachten Aktuatorgrenzen für den Aktuator, der die Zufuhr der Abgasrückführung steuert, umfasst, das eine erste Integration gegen ein Aufschaukeln angewendet wird; und wobei das Ermitteln des Krümmerluftdruckbefehls basierend auf den überwachten Aktuatorgrenzen für den Aktuator, der den Krümmerluftdruck steuerbar beeinflusst, umfasst, dass eine zweite Integration gegen ein Aufschaukeln angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst, dass: ein Optimalwert-Abgasrückführungsbefehl basierend auf den überwachten Parametern ermittelt wird; und ein Optimalwert-Krümmerluftdruckbefehl basierend auf den überwachten Parametern ermittelt wird; wobei das Steuern des Lufthandhabungssystems ferner auf dem Optimalwert-Abgasrückführungsbefehl und dem Optimalwert-Befehl für einen Turbolader mit variabler Geometrie basiert.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst, dass: ein unkorrigierter Abgasrückführungsbefehl basierend auf den überwachten Parameter ermittelt wird; ein unkorrigierter Krümmerluftdruckbefehl basierend auf den überwachten Parametern ermittelt wird; ein Abgasrückführungs-Rückkopplungsterm überwacht wird; ein Krümmerluftdruck-Rückkopplungsterm überwacht wird; eine Abweichung zwischen dem unkorrigierten Abgasrückführungsbefehl und dem Abgasrückführungs-Rückkopplungsterm ermittelt wird; und eine Abweichung zwischen dem unkorrigierten Krümmerluftdruckbefehl und dem Krümmerluftdruck-Rückkopplungsterm ermittelt wird; wobei das Ermitteln des Abgasrückführungsbefehls basierend auf den überwachten Parametern umfasst, dass der Abgasrückführungsbefehl basierend auf der Abweichung zwischen dem unkorrigierten Abgasrückführungsbefehl und dem Abgasrückführungs-Rückkopplungsterm und basierend auf der Abweichung zwischen dem unkorrigierten Krümmerluftdruckbefehl und dem Krümmerluftdruck-Rückkopplungsterm ermittelt wird; und wobei das Ermitteln des Krümmerluftdruckbefehls basierend auf den überwachten Parametern umfasst, dass der Krümmerluftdruckbefehl basierend auf der Abweichung zwischen dem unkorrigierten Abgasrückführungsbefehl und dem Abgasrückführungs-Rückkopplungsterm und basierend auf der Abweichung zwischen dem unkorrigierten Krümmerluftdruckbefehl und dem Krümmerluftdruck-Rückkopplungsterm ermittelt wird.