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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren in Motorsystemen zum Betreiben von Kraftfahrzeugen oder in stationären Anwendungen, insbesondere Verfahren zur Adaption eines Verlustdrehmoments bzw. eines Schleppmoments von Verbrennungsmotoren.
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Stand der Technik
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Zum Betreiben von Motorsystemen ist es notwendig, ein Schleppmoment des Antriebsmotors, das maßgeblich durch die innere Reibung des Antriebsmotors bestimmt ist, bzw. die Verlustdrehmomente von Nebenaggregaten zu bestimmen. Dies erfolgt bisher mithilfe von geeigneten Modellfunktionen, beispielsweise in Form von Kennlinien bzw. Kennfeldern, die betriebspunktabhängig bzw. abhängig von Zustandsgrößen des Antriebsmotors das Schleppmoment bzw. das Verlustdrehmoment bestimmen. Um über die Lebensdauer des Motorsystems auftretende Abweichungen der in den Kennlinien bzw. Kennfeldern angegebenen Werte für das Verlustdrehmoment zu kompensieren, werden diese in der Regel permanent, kontinuierlich oder regelmäßig adaptiert bzw. angepasst.
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Eine Verlustdrehmomentadaption wird bislang bei Verbrennungsmotoren unter sehr beschränkten Betriebsbedingungen durchgeführt. Diese Betriebsbedingungen setzen Leerlaufphasen voraus, in denen die Drehzahl durch Entkopplung vom Antriebsstrang auf eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl bei abgekoppelter externer Last eingestellt wird. Die Leerlaufregelung umfasst einen PID-Regler, dessen Integrator einen Integrationsanteil ermittelt. Ist der Integrationsanteil während eines Leerlaufbetriebs eingeschwungen, so kann der Wert des Integrationsanteils für die Ermittlung eines Korrekturwerts zur Adaption des aus der Modellfunktion ermittelten Verlustdrehmoments verwendet werden.
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In neuartigen Antriebssystemen mit einem Verbrennungsmotor werden jedoch zunehmend Betriebsstrategien verwendet, bei denen Betriebszeiten, in denen der Verbrennungsmotor im Leerlauf betrieben wird, deutlich reduziert sind, beispielsweise durch Anwendung von Start-/Stopp-Strategien. Daher liegen nur noch selten Betriebsbedingungen vor, die eine Adaption des Verlustdrehmoments zulassen.
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In der Druckschrift
DE 10 2008 054 757 A1 wird zum Ausgleich von temperaturabhängigen Schwankungen des Verlustdrehmoments ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Korrekturwert abhängig von einem momentanen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors bereitgestellt und ein Verlustdrehmoment entsprechend einer Referenzfunktion an dem momentanen Betriebspunkt mit dem Korrekturwert beaufschlagt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Adaptieren eines Verlustdrehmoments eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung, ein Motorsystem, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Adaptieren einer zu berücksichtigenden Verlustdrehmomentenangabe vorgesehen, die ein zu berücksichtigendes Verlustdrehmoment eines Verbrennungsmotors angibt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- – nach einem letzten Verbrennungsvorgang in dem Verbrennungsmotor nach einem angeforderten Stopp, Ermitteln einer Drehzahlgradientenangabe, die einen zeitlichen Drehzahlgradienten bezüglich eines Auslaufverhaltens des Verbrennungsmotors angibt;
- – Bestimmen einer momentanen Verlustdrehmomentangabe, die ein momentanes Verlustdrehmoment angibt, anhand der Angabe zu einem zeitlichen Drehzahlgradienten; und
- – Korrigieren der zu berücksichtigenden Verlustdrehmomentenangabe mithilfe der momentanen Verlustdrehmomentangabe.
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Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, das Auslaufverhalten des Verbrennungsmotors nach einem Stopp des Verbrennungsmotors, d. h. nach der letzten Einspritzung von Kraftstoff, zu analysieren. Ein Drehzahlabfall bzw. -gradient wird ermittelt und eine momentane Verlustdrehmomentangabe dem Drehzahlabfall zugeordnet. Die momentane Verlustdrehmomentangabe wird mit einem Initial-Verlustdrehmoment oder einer zuletzt ermittelten Verlustdrehmomentangabe verglichen. Bei einer Abweichung der momentanen Verlustdrehmomentangabe von der zuletzt ermittelten Verlustdrehmomentangabe kann eine Korrektur der zu berücksichtigenden Verlustdrehmomentangabe durchgeführt werden.
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Das obige Verfahren ermöglicht es, in einfacher Weise bei jedem Abschalten des Verbrennungsmotors, entweder hervorgerufen durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs, durch Betriebsstrategien bei einem stationären Betrieb des Verbrennungsmotors oder entsprechend einer Start-/Stopp-Betriebsstrategie, eine Korrektur der zu berücksichtigenden Verlustdrehmomentangabe durchzuführen.
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Gemäß einem alternativen Aspekt ist ein Verfahren zum Adaptieren einer zu berücksichtigenden Verlustdrehmomentenangabe vorgesehen, die ein zu berücksichtigendes Verlustdrehmoment eines Verbrennungsmotors angibt, mit folgenden Schritten:
- – nach einem letzten Verbrennungsvorgang in dem Verbrennungsmotor nach einem angeforderten Stopp, Ermitteln einer Drehzahlgradientenangabe, die einen zeitlichen Drehzahlgradienten bezüglich eines Auslaufverhaltens des Verbrennungsmotors angibt;
- – Bestimmen einer zu erwartenden Drehzahlgradientenangabe, die einen zu erwartenden Drehzahlgradienten angibt, basierend auf einer zuletzt ermittelten zu berücksichtigenden Verlustdrehmomentenangabe; und
- – Korrigieren der zu berücksichtigenden Verlustdrehmomentenangabe abhängig von einer Drehzahlgradientenabweichung zwischen der ermittelten Drehzahlgradientenangabe und der zu erwartenden Drehzahlgradientenangabe.
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Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, das Auslaufverhalten des Verbrennungsmotors bei einem Stopp des Verbrennungsmotors zu analysieren und ein Drehzahlabfall gegenüber einem erwarteten Drehzahlabfall des Verbrennungsmotors, der sich aus dem zuletzt ermittelten zu berücksichtigenden Verlustdrehmomentenangabe ergibt, in Beziehung zu setzen. Der erwartete Bei einer Abweichung eines tatsächlichen Drehzahlabfalls von einem zu erwartenden Drehzahlabfall kann eine Korrektur des erwarteten Verlustdrehmoments durchgeführt werden.
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Im Unterschied zu dem obigen Verfahren sieht das alternative Verfahren vor, die ermittelte Drehzahlgradientenangabe mit einer zu erwartenden Drehzahlgradientenangabe, die aus der zuletzt ermittelten zu berücksichtigenden Verlustdrehmomentangabe bestimmt wird, zu vergleichen. Bei einer Abweichung der ermittelten Drehzahlgradientenangabe von der zuletzt ermittelten Drehzahlgradientenangabe kann eine Korrektur der zu berücksichtigenden Verlustdrehmomentangabe durchgeführt werden.
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Weiterhin kann die ermittelte Drehzahlgradientenangabe einer Zeitdauer entsprechen, die für einen Abfall der Drehzahl des Verbrennungsmotors von einer ersten Drehzahl zu einer zweiten Drehzahl nach einem letzten Verbrennungsvorgang benötigt wird.
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Alternativ kann die ermittelte Drehzahlgradientenangabe einem Drehzahlabfall entsprechen, der nach einem letzten Verbrennungsvorgang während einer vorgegebenen Zeitdauer auftritt.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die zu berücksichtigende Verlustdrehmomentangabe durch Beaufschlagen eines vorgegebenen Initial-Verlustdrehmoments mit einer Korrekturgröße adaptiert werden, wobei die Korrekturgröße abhängig von einer Verlustdrehmomentabweichung zwischen der momentanen Verlustdrehmomentangabe und einer zu berücksichtigenden Verlustdrehmomentangabe bzw. abhängig von der Drehzahlgradientenabweichung angepasst wird.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Korrekturgröße nur dann angepasst wird, wenn die betragsmäßige Verlustdrehmomentabweichung bzw. Drehzahlgradientenabweichung einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
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Weiterhin kann die Korrekturgröße abhängig von der Höhe der Verlustdrehmomentabweichung bzw. Drehzahlgradientenabweichung inkrementell oder dekrementell angepasst werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere eine Recheneinheit, zum Adaptieren eines Verlustdrehmoments eines Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um:
- – nach einem letzten Verbrennungsvorgang in dem Verbrennungsmotor nach einem angeforderten Stopp eine Angabe zu einem zeitlichen Drehzahlgradienten zu ermitteln, die ein Auslaufverhalten des Verbrennungsmotors angibt;
- – eine momentane Verlustdrehmomentangabe zu bestimmen, die ein momentanes Verlustdrehmoment angibt, anhand der Angabe zu einem zeitlichen Drehzahlgradienten; und
- – die Verlustdrehmomentangabe mithilfe der momentanen Verlustdrehmomentangabe zu bestimmen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere eine Recheneinheit, zum Adaptieren eines Verlustdrehmoments eines Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um:
- – nach einem letzten Verbrennungsvorgang in dem Verbrennungsmotor nach einem angeforderten Stopp eine Drehzahlgradientenangabe zu ermitteln, die einen zeitlichen Drehzahlgradienten bezüglich eines Auslaufverhaltens des Verbrennungsmotors angibt;
- – eine zu erwartenden Drehzahlgradientenangabe zu bestimmen, die einen zu erwartenden Drehzahlgradienten angibt, basierend auf einer zuletzt ermittelten zu berücksichtigenden Verlustdrehmomentangabe; und
- – die zu berücksichtigende Verlustdrehmomentangabe abhängig von einer Drehzahlgradientenabweichung zwischen der ermittelten Drehzahlgradientenangabe und der zu erwartenden Drehzahlgradientenangabe zu korrigieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem vorgesehen, umfassend:
- – einen Verbrennungsmotor;
- – einen Drehzahlsensor zum Erfassen einer Drehzahl des Verbrennungsmotors; und
- – die obige Vorrichtung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln vorgesehen, um alle Schritte des obigen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder der obigen Vorrichtung ausgeführt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, das einen Programmcode enthält, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, das obige Verfahren durchführt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Motorsystem mit einem Verbrennungsmotor; und
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2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Adaptieren eines Verlustdrehmoments des Verbrennungsmotors des Motorsystems der 1.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt ein Motorsystem 1 mit einem Verbrennungsmotor 2. Der Verbrennungsmotor 2 kann einem Ottomotor, einem Dieselmotor oder einer sonstigen Art einer Brennkraftmaschine entsprechen. Der Verbrennungsmotor 2 wird mithilfe eines Motorsteuergeräts 3 angesteuert, um ein Motordrehmoment entsprechend einem vorgegebenen Fahrerwunschmoment als eine von extern vorgegebene Momentenanforderung M bereitzustellen.
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Das Motorsystem 1 weist eine Vielzahl von Sensoren 4 auf, die Betriebszustände des Verbrennungsmotors 2 erfassen und abhängig von denen eine Ansteuerung des Verbrennungsmotors 2 durch das Motorsteuergerät 3 vorgenommen wird. An einer Kurbelwelle 5 des Verbrennungsmotors 2 ist ein Drehzahlsensor 6 angeordnet, um eine Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 zu erfassen.
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Der Verbrennungsmotor 2 wird mithilfe eines Motorsteuergeräts 5 in bekannter Weise betrieben, beispielsweise mit Ansteuersignalen AS zum Einstellen einer Stellung einer Drosselklappe zum Vorgeben einer zugeführten Luftmenge, zum Festlegen eines Einspritzzeitpunkts von Kraftstoff in Zylinder des Verbrennungsmotors 2 und von Einspritzdauern zum Bestimmen der Menge von einzuspritzendem Kraftstoff, zum Vorgeben von Zündzeitpunkten von Zündeinrichtungen zum Zünden eines Kraftstoff-/Luftgemischs in Zylindern des Verbrennungsmotors 2 und dergleichen. Das Motorsteuergerät 5 empfängt dazu von extern die Angabe über die vorgegebene Momentenanforderung M und setzt diese in bekannter Weise in die entsprechenden Ansteuersignale AS um, um den Verbrennungsmotor 2 anzusteuern.
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Die Ansteuersignale AS für den Verbrennungsmotor 2 werden betriebspunktabhängig in dem Motorsteuergerät 5 ermittelt, wozu das Motorsteuergerät 5 Betriebsgrößen BG von dem Verbrennungsmotor 2 empfängt. Die Betriebsgrößen BG können beispielsweise Sensorgrößen, wie z. B. ein Drehzahlsignal der Drehzahl der Kurbelwelle 4, eine Angabe über einen dem Verbrennungsmotor 2 zugeführten Luftmassenstrom in einem Luftzuführungsabschnitt des Verbrennungsmotors 2, einen Lambdawert und sonstige Sensorgrößen umfassen.
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Eine Abtriebswelle 7 des Verbrennungsmotors 2 ist über eine Kupplung 8 mit einem Abtriebsstrang 9 koppelbar, um ein Abtriebsdrehmoment zum Antreiben eines mit dem Motorsystem 1 betriebenen Kraftfahrzeugs oder dergleichen bereitzustellen.
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Zum Betreiben des Motorsystems 1 und insbesondere zur Ermittlung des zur Verfügung stehenden Kupplungsdrehmoments, was insbesondere in automatischen Getrieben benötigt wird, bzw. zur Bestimmung von Reibmomenten in dem Verbrennungsmotor 2 ist eine Kenntnis des momentanen Verlustdrehmoments des Verbrennungsmotors 2 erforderlich. Dieses Verlustdrehmoment entspricht einem Moment, das durch Reibung und sonstige Einflüsse des Verbrennungsmotors 2 bestimmt ist und einem vom Verbrennungsmotor 2 bereitgestellten Antriebsmoment entgegenwirkt. Das Verlustdrehmoment wird auch Schleppmoment genannt. Das tatsächliche Verlustdrehmoment hängt von vielen Faktoren ab und kann sich über die Lebensdauer des Verbrennungsmotors 2 und abhängig von Umgebungsbedingungen ändern.
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Es ist daher vorgesehen, eine Möglichkeit zur Adaption des Verlustdrehmoments zur Verfügung zu stellen. Adaption bedeutet in diesem Zusammenhang ein Angleichen bzw. Anpassen eines Werts wie z. B. eines Werts für ein Verlustdrehmoment bzw. einer Korrekturgröße zum Beaufschlagen eines Verlustdrehmoments an die tatsächlichen physikalischen Bedingungen, um ein Systemverhalten an die physikalischen Bedingungen anzugleichen.
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Im Folgenden wird in Verbindung mit dem Flussdiagramm der 2 das Verfahren zum Adaptieren des Verlustdrehmoments basierend auf einem Stoppvorgang des Verbrennungsmotors 2 ausführlicher beschrieben.
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Wird in einem Abfrageschritt S1 festgestellt, dass der Verbrennungsmotor 2 angehalten werden soll (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S2 fortgesetzt, andernfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
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In einem Schritt S2 wird unmittelbar nach der letzten Verbrennung in dem Verbrennungsmotor 2 die momentane Motordrehzahl mithilfe des Drehzahlsensors 6 erfasst und ein Zeitzähler gestartet.
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In Schritt S3 wird überprüft, ob die momentane Motordrehzahl eine vorgegebene Schwellendrehzahl unterschreitet. Ist dies der Fall (Alternative. Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S4 fortgesetzt, andernfalls (Alternative: Nein), wird zu Schritt S3 zurückgesprungen.
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In Schritt S4 wird der Zeitzähler gestoppt und in Schritt S5 wird der gemessenen Zeitdauer eine Verlustdrehmomentangabe, die ein momentanes Verlustdrehmoment angibt, zugeordnet, entweder mithilfe eines vorgegebenen Verlustdrehmoment-Kennfelds, das den Zeitdauern entsprechende Verlustdrehmomente zuordnet, oder mithilfe einer Funktionsbeziehung in Kenntnis eines Massenträgheitsmoments des Verbrennungsmotors 2. Anstelle der Messung der Zeitdauer kann eine Angabe zu dem zeitlichen Drehzahlgradienten auch anderweitig bestimmt werden, z. B. indem der Drehzahlabfall während einer vorgegebenen Zeitdauer ermittelt wird. Der so ermittelte Drehzahlgradient kann dann der Verlustdrehmomentangabe zugeordnet werden.
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In Schritt S6 wird überprüft, ob die in Schritt S5 ermittelte Verlustdrehmomentangabe von einer zuvor bei einem vorangehenden Anhaltevorgang ermittelten Verlustdrehmomentangabe um mehr als einen vorbestimmten Betrag abweicht. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), so wird in Schritt S7 eine Korrektur der zuvor bei einem vorangehenden Anhaltevorgang ermittelten Verlustdrehmomentangabe anhand der in Schritt S5 ermittelten Verlustdrehmomentangabe vorgenommen. Andernfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S1 zurückgesprungen und es findet keine Adaption statt. In Schritt S1 wird auf einen erneuten Anhaltevorgang gewartet.
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In Schritt S7 wird eine Korrektur der zuvor ermittelten Verlustdrehmomentangabe anhand der in Schritt S5 ermittelten Verlustdrehmomentangabe vorgenommen. Die zuvor bei einem vorangehenden Anhaltevorgang ermittelte Verlustdrehmomentangabe kann anhand einer Korrekturgröße vorgegeben werden, die ein Initial-Verlustdrehmoment in geeigneter Weise, z. B. als Faktor, beaufschlagt. Das Initial-Verlustdrehmoment entspricht einem Verlustdrehmoment des Verbrennungsmotors 2, das dieser bei Inbetriebnahme hatte. Der anfängliche Wert der Korrekturgröße beträgt 1 und wird nach jeder in Schritt S6 erkannten Abweichung korrigiert. Die Korrekturgröße wird so bestimmt, dass diese zum Beaufschlagen des Initial-Verlustdrehmoments dient und über die Lebensdauer des Verbrennungsmotors 2 permanent angepasst wird. Die für die internen Berechnungen im Motorsteuergerät 3 verwendete Verlustdrehmomentangabe ergibt sich also aus dem Wert der Korrekturgröße und einem vorgegebenen Initial-Verlustdrehmoment.
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Die Adaption bzw. Anpassung der Korrekturgröße kann abhängig von dem Vorzeichen der Abweichung zwischen dem zuvor bei einem vorangehenden Anhaltevorgang ermittelten Verlustdrehmomentangabe und der in Schritt S5 ermittelten Verlustdrehmomentangabe inkrementell um einen festgelegten Betrag erfolgen. Es kann weiterhin vorgesehen sein, die Adaption der Korrekturgröße abhängig von dem Betrag der Abweichung zwischen den Verlustdrehmomentangaben festzulegen. Bei resultierenden zu großen Abweichungen zwischen den obigen Verlustdrehmomentangaben kann die Adaption des Korrekturwerts begrenzt werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass bei einer erfolgten Adaption der Korrekturgröße auch Ladungswechselverluste, Reibverluste und Verluste durch Nebenaggregate bestimmt werden. Die Korrekturen können dann je nach Umgebungsund Einschaltbedingungen bei Nebenaggregaten auf die einzelnen Nebenaggregate aufgeteilt werden. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass nach erfolgter Adaption der Korrekturgröße bei abgekoppelten Nebenaggregaten eines der Nebenaggregate mit dem Verbrennungsmotor 2 gekoppelt wird und eine entsprechende Messung bei einem nächsten Stopp bzw. Anhaltevorgang des Verbrennungsmotors 2 durchgeführt wird. Von dem gemessenen Verlustdrehmoment wird das mit der Korrekturgröße beaufschlagte Initial-Verlustdrehmoment des Verbrennungsmotors 2 subtrahiert und man erhält somit ein Verlustdrehmoment des entsprechenden Nebenaggregats. Dieses kann in der oben beschriebenen Weise auch zur Adaption des Verlustdrehmoments des Nebenaggregats herangezogen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008054757 A1 [0005]
