DE102012216872B4

DE102012216872B4 - Verfahren zum Steuern eines Motors eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102012216872B4
Application number: DE102012216872.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Livshiz; Jeffrey M. Kaiser; Richard B. Jess; Michael J. Pitsch; Michael L. Waterman; PahngRoc Oh
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2032-09-21
Also published as: US20130080023A1; CN103016177A; CN103016177B; US8594904B2; DE102012216872A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Motors (102) eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren umfasst, dass:eine Motorleistungsanforderung (PE) basierend auf (i) einer Fahrereingabe (254) und (ii) einer Fahrzeuggeschwindigkeit (255) ermittelt wird;eine Motordrehmomentanforderung (TE) basierend auf (i) der Motorleistungsanforderung (PE) und (ii) einer Soll-Motordrehzahl (DRPM) ermittelt wird;ein ungesichertes Drehmoment (TUS) basierend auf der Motorleistungsanforderung (PE) und einer gemessenen Motordrehzahl (RPM) ermittelt wird;eine erste und eine zweite Drehmomentgrenze (TMAX, TMIN) anhand einer Schwankung des ungesicherten Drehmoments (TUS) ermittelt werden, die als Funktion der Fahrereingabe (254) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (255) ermittelt wird;ein maximaler und ein minimaler akzeptierbarer Drehmomentwert (Max, Min) zum Verhindern von Störungen bezüglich der Fahrbarkeit des Fahrzeugs mittels eines Modells für das Ansprechen des Motordrehmoments ermittelt werden,wobei das Modell für das Ansprechen des Motordrehmoments zur Erzeugung des maximalen akzeptierbaren Drehmomentwerts (Max) auf die erste Drehmomentgrenze (TMAX) und zur Erzeugung des minimalen akzeptierbaren Drehmomentwerts (Min) auf die zweite Drehmomentgrenze (TMIN) angewendet wird undwobei das Modell für das Ansprechen des Motordrehmoments (i) eine Zeitverzögerung und/oder (ii) eine Ratenbegrenzung umfasst;eine gesicherte Motordrehmomentanforderung (TES, 253) basierend auf (i) der Motordrehmomentanforderung (TE) und (ii) dem maximalen sowie dem minimalen akzeptierbaren Drehmomentwert (Max, Min) erzeugt wird, indem die Motordrehmomentanforderung (TE) auf einen Wert zwischen dem maximalen und dem minimalen akzeptierbaren Drehmomentwert (Max, Min) begrenzt wird; undzumindest ein Aktuator (116, 120, 124, 126, 158, 164, 165) des Motors (102) basierend auf der gesicherten Motordrehmomentanforderung (TES, 253) gesteuert wird.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere ein Verfahren zum Sichern von Motordrehmomentanforderungen.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verbrennen ein Luft- und Kraftstoffgemisch in Zylindern, um Kolben anzutreiben, was ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Eine Luftströmung in den Motor wird mittels einer Drossel geregelt. Spezieller stellt die Drossel eine Drosselfläche ein, was die Luftströmung in den Motor vergrößert oder verkleinert. Wenn die Drosselfläche zunimmt, nimmt die Luftströmung 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 und/oder eine Soll-Drehmomentausgabe zu erreichen. Eine Erhöhung der Menge an Luft und Kraftstoff, die an die Zylinder geliefert werden, vergrößert die Drehmomentausgabe des Motors.
Bei Motoren mit Funkenzündung löst ein Zündfunken die Verbrennung eines Luft/Kraftstoffgemischs aus, das an die Zylinder geliefert wird. Bei Motoren mit Kompressionszündung verbrennt die Kompression in den Zylindern das Luft/Kraftstoffgemisch, das an die Zylinder geliefert wird. Der Zündfunkenzeitpunkt und die Luftströmung können die primären Mechanismen zum Einstellen der Drehmomentausgabe der Motoren mit Funkenzündung sein, während die Kraftstoffströmung der primäre Mechanismus zum Einstellen der Drehmomentausgabe der Motoren mit Kompressionszündung sein kann.
Motorsteuersysteme wurden entwickelt, um das Motorausgangsdrehmoment zum Erreichen eines Soll-Drehmoment zu steuern. Herkömmliche Motorsteuersysteme steuern das Motorausgangsdrehmoment jedoch nicht so genau wie gewünscht. Ferner liefern herkömmliche Motorsteuersysteme kein schnelles Ansprechen auf Steuersignale oder stimmen die Motordrehmomentsteuerung nicht zwischen verschiedenen Einrichtungen ab, die das Motorausgangsdrehmoment beeinflussen.
In der DE 10 2010 051 221 A1 ist ein Verfahren zum Steuern eines Motors eines Fahrzeugs beschrieben, bei dem eine Motorleistungsanforderung basierend auf einer Fahrereingabe und einer Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird. Ferner wird eine Motordrehmomentanforderung basierend auf der Motorleistungsanforderung und einer Soll-Motordrehzahl ermittelt.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Steuern eines Motors eines Fahrzeugs zu schaffen, mit welchem Störungen verhindert werden, die durch eine Abweichung einer Motordrehmomentanforderung von einem gewünschten Bereich verursacht werden und die Fahrbarkeit des Fahrzeugs verschlechtern.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das Verfahren umfasst, dass eine Motorleistungsanforderung basierend auf (i) einer Fahrereingabe und (ii) einer Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird, dass eine Motordrehmomentanforderung basierend auf (i) der Motorleistungsanforderung und (ii) einer Soll-Motordrehzahl (DRPM) ermittelt wird, dass ein ungesichertes Drehmoment anhand der Motorleistungsanforderung und einer gemessenen Motordrehzahl ermittelt wird, dass eine erste sowie eine zweite Drehmomentgrenze anhand einer Schwankung des ungesicherten Drehmoments ermittelt werden und dass ein maximaler sowie ein minimaler akzeptierbarer Drehmomentwert basierend auf einem Modell für das Ansprechen des Motordrehmoments ermittelt werden. Das Modell für das Ansprechen des Motordrehmoments wird zur Erzeugung des maximalen akzeptierbaren Drehmomentwerts auf die erste Drehmomentgrenze und zur Erzeugung des minimalen akzeptierbaren Drehmomentwerts auf die zweite Drehmomentgrenze angewendet. Das Verfahren umfasst ferner, dass eine gesicherte Motordrehmomentanforderung basierend auf (i) der Motordrehmomentanforderung und (ii) dem maximalen sowie dem minimalen akzeptierbaren Drehmomentwert erzeugt wird und dass zumindest ein Aktuator des Motors basierend auf der gesicherten Motordrehmomentanforderung gesteuert wird.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:

1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems ist;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuermoduls (ECM) ist;
3 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Fahrer-Drehmomentmoduls ist; und
4 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Sichern von Motordrehmomentanforderungen darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie hierin verwendet, kann sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC); einen elektronischen Schaltkreis; einen Schaltkreis der Schaltungslogik; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe), der einen Code ausführt; andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder aller von den vorstehenden Gegenständen, wie beispielsweise bei einem Ein-Chip-System, beziehen, ein Teil von diesen sein oder diese umfassen. Der Ausdruck Modul kann einen Speicher umfassen (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe), der einen Code speichert, der durch den Prozessor ausgeführt wird.
Der Ausdruck Code, wie er vorstehend verwendet wird, kann eine Software, eine Firmware und/oder einen Mikrocode umfassen, und er kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Ausdruck gemeinsam genutzt, wie er vorstehend verwendet wird, bedeutet, dass ein Teil des Codes oder der gesamte Code von mehreren Modulen unter Verwendung eines einzelnen (gemeinsam genutzten) Prozessors ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann ein Teil des Codes oder der gesamte Code mehrerer Module durch einen einzelnen (gemeinsam genutzten) Speicher gespeichert werden. Der Ausdruck Gruppe, wie er vorstehend verwendet wird, bedeutet, dass ein Teil des Codes oder der gesamte Code eines einzelnen Moduls unter Verwendung einer Gruppe von Prozessoren oder einer Gruppe von Ausführungsmaschinen ausgeführt werden kann. Beispielsweise können mehrere Kerne und/oder Zweige eines Prozessors als eine Ausführungsmaschine bezeichnet werden. Bei verschiedenen Implementierungen können die Ausführungsmaschinen über einen Prozessor, über mehrere Prozessoren und über Prozessoren an mehreren Orten gruppiert werden, beispielsweise als mehrere Server in einer parallelen Verarbeitungsanordnung. Zusätzlich kann ein Teil des Codes oder der gesamte Code eines einzelnen Moduls unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können durch ein oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme umfassen durch einen Prozessor ausführbare Anweisungen, die auf einem nicht flüchtigen, zugreifbaren, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten umfassen. Nicht einschränkende Beispiele des nicht flüchtigen, zugreifbaren, computerlesbaren Mediums sind ein nicht flüchtiger Speicher, ein magnetischer Speicher und ein optischer Speicher.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann ein Motorsteuersystem einen Motor steuern, um ein Soll-Drehmoment zu erreichen. Speziell kann das Motorsteuersystem den Motor basierend auf einer Motordrehmomentanforderung steuern. Die Motordrehmomentanforderung kann auf einer Eingabe von einem Fahrer eines Fahrzeugs, auf einer Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder auf anderen Betriebsparametern basieren. Die Motordrehmomentanforderung kann ferner auf einer Soll-Motordrehzahl basieren. Die Motordrehzahl bezieht sich auf eine Drehzahl einer Kurbelwelle des Motors, und sie kann in Umdrehungen pro Minute (RPM) gemessen werden. Daher kann die Soll-Motordrehzahl auch als eine Soll-RPM oder DRPM bezeichnet werden.
Das Steuern des Motordrehmoments basierend auf einer Rückkopplung der Motordrehzahl kann jedoch Störungen bezüglich der Fahrbarkeit des Fahrzeugs bewirken. Spezieller kann sich die Motordrehzahl schnell verändern, und dadurch kann die Rückkopplung der Motordrehzahl Oszillationen aufweisen, die sich durch das gesamte Steuersystem ausbreiten. Die Schwankungen der Motordrehzahl können bewirken, dass das Motorsteuersystem eine Motordrehmomentanforderung außerhalb eines gewünschten Bereichs erzeugt. Diese auf der Motordrehzahl basierende Motordrehmomentanforderung kann daher auch als eine ungesicherte Motordrehmomentanforderung bezeichnet werden. Mit anderen Worten wird nicht verhindert, dass die Motordrehmomentanforderung von dem gewünschten Bereich abweicht. Motordrehmomentanforderungen außerhalb des gewünschten Bereichs können Störungen verursachen, welche die Fahrbarkeit des Fahrzeugs verschlechtern.
Dementsprechend werden ein System und ein Verfahren zum Sichern von Motordrehmomentanforderungen dargestellt. Spezieller sind das System und das Verfahren auf das Erzeugen einer gesicherten Motordrehmomentanforderung zum Steuern eines Motors gerichtet, wodurch die Fahrbarkeit des Fahrzeugs verbessert wird und/oder Kalibrierungskosten verringert werden. Das System und das Verfahren können zuerst eine Motordrehmomentanforderung basierend auf (i) einer Motorleistungsanforderung und/oder (ii) der DRPM ermitteln. Das System und das Verfahren können die DRPM basierend auf der Motorleistungsanforderung, einer Turbinendrehzahl und/oder einem Schlupf einer Drehmomentwandlerkupplung (TCC) ermitteln. Das System und das Verfahren können einen Optimalwertcontroller (Feed-Forward-Controller) implementieren, um die Motordrehmomentanforderung basierend auf (i) der Motorleistungsanforderung und (ii) der DRPM zu ermitteln. Das System und das Verfahren können die Motorleistungsanforderung basierend auf (i) einer Fahrereingabe und (ii) der Fahrzeuggeschwindigkeit ermitteln.
Da System und das Verfahren können ein gesichertes Drehmoment basierend auf (i) der DRPM und (ii) einer gemessenen RPM ermitteln. Das System und das Verfahren können eine erste und eine zweite Drehmomentbegrenzung basierend auf (i) dem gesicherten Drehmoment, (ii) der Fahrereingabe und (iii) der Fahrzeuggeschwindigkeit ermitteln. Das System und das Verfahren können einen ersten und einen zweiten Drehmomentwert basierend auf (i) einem Modell für das Ansprechen des Motordrehmoments und (ii) der ersten sowie der zweiten Drehmomentbegrenzung ermitteln. Das Modell für das Ansprechen des Motordrehmoments kann (i) eine Zeitverzögerung und/oder (ii) eine Ratengrenze umfassen. Das System und das Verfahren können die gesicherte Motordrehmomentanforderung basierend auf (i) der Motordrehmomentanforderung und (ii) dem ersten sowie dem zweiten Drehmomentwert erzeugen. Spezieller können das System und das Verfahren die Motordrehmomentanforderung auf einen Wert zwischen dem ersten und dem zweiten Drehmomentwert begrenzen. Das System und das Verfahren können den Motor anschließend basierend auf der gesicherten Motordrehmomentanforderung steuern.
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 eingelassen. Lediglich beispielhaft kann das Drosselventil 112 ein Schmetterlingsventil mit einem rotierbaren Blatt umfassen. Ein Motorsteuermodul (ECM) 114 steuert ein Drossel-Aktuatormodul 116, welches das Öffnen des Drosselventils 112 regelt, um die Luftmenge zu steuern, die in den Einlasskrümmer 110 eingelassen wird.
Luft aus dem Einlasskrümmer 110 wird in Zylinder des Motors 102 eingelassen. Obgleich 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 Zylinder-Aktuatormodul 120 anweisen, einige der Zylinder selektiv zu deaktivieren, was die Kraftstoffwirtschaftlichkeit unter bestimmten Motorbetriebsbedingungen verbessern kann.
Der Motor 102 kann unter Verwendung eines Viertakt-Motorzyklus arbeiten. Die vier Takte, die nachstehend beschrieben sind, werden als der Einlasstakt, der Kompressionstakt, 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 für den Zylinder 118 notwendig, um alle vier Takte zu durchlaufen.
Während des Einlasstakts wird Luft aus dem Einlasskrümmer 110 durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 eingelassen. 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, wie z.B. in der Nähe des Einlassventils 122 jedes der Zylinder, in den Einlasskrümmer 110 eingespritzt werden. Bei verschiedenen Implementierungen (nicht gezeigt) kann der Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in Mischkammern, die den Zylindern zugeordnet sind, eingespritzt werden. Das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 kann die Einspritzung von Kraftstoff 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 Kompressionstakts komprimiert ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 das Luft/Kraftstoffgemisch. Der Motor 102 kann ein Motor mit Kompressionszündung sein, in welchem Fall die Kompression in dem Zylinder 118 das Luft/Kraftstoffgemisch zündet. Alternativ kann der Motor 102 ein Motor mit Funkenzündung sein, in welchem Fall ein Zündfunken-Aktuatormodul 126 eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118 basierend auf einem Signal von dem ECM 114 aktiviert, 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, wie weit vor oder nach dem TDC der Zündfunken erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition mit der Kurbelwellendrehung in direkter Beziehung steht, 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 die deaktivierten 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. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann sogar dann in der Lage sein, den Zündfunkenzeitpunkt für ein nächstes Zündungsereignis zu variieren, wenn ein Zündfunkenzeitpunkt zwischen einem letzten Zündungsereignis und dem nächsten Zündungsereignis verändert 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 welcher der Kolben zu einem unteren Totpunkt (BDC) zurückkehrt.
Während des Auslasstakts beginnt der Kolben, sich wieder von dem BDC aufwärts zu bewegen, und er 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 118 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 Zylinder-Aktuatormodul 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 durch 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 kann den Einlass-Nockenphasensteller 148 und den Auslass-Nockenphasensteller 150 basierend auf Signalen von dem ECM 114 steuern. Wenn er implementiert ist, kann ein variabler Ventilhub (nicht gezeigt) ebenso durch das Phasensteller-Aktuatormodul 158 gesteuert werden.
Das Motorsystem 100 kann eine Ladedruckeinrichtung aufweisen, die unter Druck stehende Luft an den Einlasskrümmer 110 liefert. Beispielsweise zeigt 1 einen Turbolader, 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 komprimiert, die in das Drosselventil 112 geführt wird. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein von der Kurbelwelle angetriebener Turbokompressor (nicht gezeigt) Luft von dem Drosselventil 112 komprimieren und die komprimierte Luft an den Einlasskrümmer 110 liefern.
Ein Ladedruck-Regelventil 162 kann dem Abgas ermöglichen, an der Turbine 160-1 vorbeizuströmen, wodurch der Ladedruck (der Betrag der Einlassluftkompression) des Turboladers verringert wird. Das ECM 114 kann den Turbolader mittels eines Ladedruck-Aktuatormoduls 165 steuern. Das Ladedruck-Aktuatormodul 165 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 165 gesteuert werden. Der Turbolader kann eine variable Geometrie aufweisen, die durch das Ladedruck-Aktuatormodul 165 gesteuert werden kann.
Ein Zwischenkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der in der komprimierten Luftladung enthaltenen Wärme dissipieren, die erzeugt wird, wenn die Luft komprimiert wird. Die komprimierte 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 die unmittelbare Nähe des heißen Abgases bringen.
Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 164 aufweisen, das Abgas selektiv zurück zu dem Einlasskrümmer 110 zurückleitet. Das AGR-Ventil 164 kann stromaufwärts der Turbine 160-1 des Turboladers angeordnet sein. Ein AGR-Aktuatormodul 166 kann das AGR-Ventil 164 basierend auf Signalen von dem ECM 114 steuern.
Das Motorsystem 100 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (RPM) unter Verwendung eines RPM-Sensors 170 messen. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors (ECT-Sensors) 171 gemessen werden. Der ECT-Sensor 171 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) 172 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorunterdruck gemessen werden, der die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 110 ist. Die Massenströmungsrate der Luft, die in den Einlasskrümmer 110 strömt, kann unter Verwendung eines Luftmassenströmungssensors (MAF-Sensors) 173 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 173 in einem Gehäuse angeordnet sein, das auch das Drosselventil 112 umfasst.
Das Drossel-Aktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 174 überwachen. Beispielsweise können ein erster und ein zweiter Drosselpositionssensor 174-1 und 174-2 die Position des Drosselventils 112 überwachen und eine erste bzw. eine zweite Drosselposition (TPS1 bzw. TPS2) basierend auf der Drosselposition erzeugen. Die Umgebungstemperatur der Luft, die in den Motor 102 eingelassen wird, kann unter Verwendung eines Einlassluft-Temperatursensors (IAT-Sensors) 175 gemessen werden. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren und/oder einen oder mehrere andere Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
Der Motor 102 gibt ein Drehmoment mittels eines Schwungrads 177, beispielsweise eines Doppelmassenschwungrads (DMF), an einen Drehmomentwandler 176 aus. Der Drehmomentwandler 176 umfasst eine Drehmomentwandlerkupplung 178, eine Turbine (nicht gezeigt) und ein Schaufelrad (nicht gezeigt). Die Turbine treibt die Drehung einer Getriebeeingangswelle (nicht gezeigt) an. Die Drehzahl der Turbine (die Turbinendrehzahl) kann unter Verwendung eines Turbinendrehzahlsensors 179 gemessen werden. Lediglich beispielhaft kann die Turbinendrehzahl basierend auf der Drehzahl der Getriebeeingangswelle oder basierend auf einem anderen geeigneten Parameter gemessen werden, der die Drehzahl der Turbine des Drehmomentwandlers 176 angibt. Basierend auf einem Übersetzungsverhältnis, das in einem Getriebe 180 ausgewählt wird, wird das Drehmoment zwischen der Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle (nicht gezeigt) übertragen. Das Drehmoment kann mittels der Getriebeausgangswelle auf Räder des Fahrzeugs übertragen werden.
Ein Getriebesteuermodul 194 kann den Betrieb des Getriebes 180 und der TCC 178 steuern. Das ECM 114 kann mit dem Getriebesteuermodul 194 aus verschiedenen Gründen in Verbindung stehen, beispielsweise um Parameter gemeinsam zu nutzen und um den Motorbetrieb mit Gangwechseln in dem Getriebe 180 und/oder mit dem Betrieb der TCC 178 abzustimmen. Das ECM 114 kann beispielsweise das Motordrehmoment während eines Gangwechsels selektiv verringern. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 in Verbindung stehen, um den Betrieb des Motors 102 und eines Elektromotors 198 abzustimmen.
Der Elektromotor 198 kann auch als ein Generator funktionieren, und er 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 empfängt. Beispielsweise kann das Drossel-Aktuatormodul 116 als ein Aktuator bezeichnet werden, und die Drosselöffnungsfläche kann als der Aktuatorwert bezeichnet werden. In dem Beispiel von 1 erreicht das Drossel-Aktuatormodul 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 zugeordnete Aktuatorwert der Betrag der Zündfunkenvorverstellung relativ zu dem Zylinder-TDC sein kann. Andere Aktuatoren können das Zylinder-Aktuatormodul 120, das Kraftstoff-Aktuatormodul 124, das Phasensteller-Aktuatormodul 158, das Ladedruck-Aktuatormodul 165 und das AGR-Aktuatormodul 166 umfassen. Für diese Aktuatoren können die Aktuatorwerte der Anzahl der aktivierten Zylinder, der Kraftstoffzufuhrrate, dem Einlass- und dem Auslass-Nockenphasenstellerwinkel, dem Ladedruck bzw. der AGR-Ventilöffnungsfläche entsprechen. Das ECM 114 kann die Aktuatorwerte steuern, 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 Fahrer-Drehmomentmodul 202, ein Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 und ein Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206. Das ECM 114 kann ein Hybridoptimierungsmodul 208 umfassen. Die beispielhafte Implementierung des ECM 114 umfasst auch ein Reserven/Lastenmodul 220, ein Betätigungsmodul 224, ein Luftsteuermodul 228, ein Zündfunkensteuermodul 232, ein Zylindersteuermodul 236 und ein Kraftstoffsteuermodul 240. Die beispielhafte Implementierung des ECM 114 umfasst auch ein Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 und ein Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252.
Das Fahrer-Drehmomentmodul 202 (siehe auch 3 und die entsprechende nachstehende Beschreibung) kann eine gesicherte Fahrer-Drehmomentanforderung 253 basierend auf einer Fahrereingabe 254 von dem Fahrereingabemodul 104 ermitteln. Die Fahrereingabe 254 kann beispielsweise auf einer Position eines Gaspedals und einer Position eines Bremspedals basieren. Die Fahrereingabe 254 kann auch auf einem Tempomat basieren, der ein adaptives Tempomatsystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um eine vorbestimmte Nachfolgedistanz aufrechtzuerhalten. Das Fahrer-Drehmomentmodul 202 kann die gesicherte Fahrer-Drehmomentanforderung 253 ferner basierend auf einer Fahrzeuggeschwindigkeit 255 ermitteln. Lediglich beispielhaft kann die Fahrzeuggeschwindigkeit 255 basierend auf einer oder mehreren gemessenen Raddrehzahlen, einer Drehzahl der Getriebeausgangswelle und/oder basierend auf einem oder mehreren anderen geeigneten Parametern erzeugt werden.
Ein Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 vermittelt zwischen der gesicherten Fahrer-Drehmomentanforderung 253 und anderen Achsendrehmomentanforderungen 256. Ein Achsendrehmoment (Drehmoment an den Rädern) kann durch verschiedene Quellen erzeugt werden, die einen Verbrennungsmotor und/oder einen Elektromotor umfassen. Allgemein können die Drehmomentanforderungen 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 einem minimalen Motorabschaltdrehmoment rampenartig zunimmt. Relative Drehmomentanforderungen können vorübergehende oder dauerhafte Drehmomentverringerungen oder -zunahmen umfassen.
Die Achsendrehmomentanforderungen 256 können eine Drehmomentverringerung umfassen, die von einem Traktionssteuersystem angefordert wird, wenn ein positiver Radschlupf detektiert wird. Ein positiver Radschlupf tritt auf, wenn das Achsendrehmoment die Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche überwindet und die Räder beginnen, gegenüber der Straßenoberfläche zu rutschen. Die anderen Achsendrehmomentanforderungen 256 können auch eine Anforderung einer Drehmomentzunahme umfassen, um einem negativen Radschlupf entgegenwirken, bei dem ein Reifen des Fahrzeugs bezogen auf die Straßenoberfläche rutscht, da das Achsendrehmoment negativ ist.
Die Achsendrehmomentanforderungen 256 können auch Bremsmanagementanforderungen und Drehmomentanforderungen aufgrund überhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen. Bremsmanagementanforderungen können das Achsendrehmoment verringern, um sicherzustellen, dass das Achsendrehmoment nicht die Fähigkeit der Bremsen übersteigt, das Fahrzeug zu halten, wenn das Fahrzeug gestoppt wird. Die Drehmomentanforderungen aufgrund überhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit können das Achsendrehmoment verringern, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet. Die Achsendrehmomentanforderungen 256 können auch von Fahrzeugstabilitäts-Kontrollsystemen erzeugt werden.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 gibt eine vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und eine Momentandrehmomentanforderung 258 basierend auf den Ergebnissen einer Vermittlung zwischen den empfangenen Drehmomentanforderungen 253 und 256 aus. Wie nachstehend beschrieben ist, können die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und die Momentandrehmomentanforderung 258 von dem Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 durch andere Module des ECM 114 selektiv angepasst werden, bevor sie verwendet werden, um Aktuatoren des Motorsystems 100 zu steuern.
Allgemein ausgedrückt ist die Momentandrehmomentanforderung 258 der Betrag des derzeitigen Soll-Achsendrehmoments, während die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 der Betrag des Achsendrehmoments ist, der kurzfristig benötigt werden kann. Das ECM 114 steuert das Motorsystem 100, um ein Achsendrehmoment zu erzeugen, das gleich der Momentandrehmomentanforderung 258 ist. Verschiedene Kombinationen von Aktuatorwerten können jedoch zu demselben Achsendrehmoment führen. Das ECM 114 kann daher die Aktuatorwerte anpassen, um einen schnelleren Übergang zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 zu ermöglichen, während das Achsendrehmoment weiterhin bei der Momentdrehmomentanforderung 258 gehalten wird.
Bei verschiedenen Implementierungen kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 auf der gesicherten Fahrer-Drehmomentanforderung 253 basieren. Die Momentandrehmomentanforderung 258 kann kleiner als die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 sein, beispielsweise wenn die gesicherte Fahrer-Drehmomentanforderung 253 auf einer vereisten Oberfläche einen Radschlupf verursacht. In einem solchen Fall kann ein Traktionssteuersystem (nicht gezeigt) eine Verringerung mittels der Momentandrehmomentanforderung 258 anfordern, und das ECM 114 verringert das Drehmoment, das durch das Motorsystem 100 erzeugt wird, auf die Momentandrehmomentanforderung 258. Das ECM 114 steuert das Motorsystem 100 jedoch derart, dass das Motorsystem 100 die Erzeugung der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 schnell wieder aufnehmen kann, sobald der Radschlupf aufhört.
Allgemein ausgedrückt kann die Differenz zwischen der Momentandrehmomentanforderung 258 und der (im Allgemeinen höheren) vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 als eine Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die Drehmomentreserve kann den Betrag eines zusätzlichen Drehmoments (oberhalb der Momentandrehmomentanforderung 258) repräsentieren, den das Motorsystem 100 mit einer minimalen Verzögerung zu erzeugen beginnen kann. Schnelle Motoraktuatoren werden verwendet, um das gegenwärtige Achsendrehmoment zu erhöhen oder zu verringern. Nachstehend ist detaillierter beschrieben, wie schnelle Motoraktuatoren im Gegensatz zu langsamen Motoraktuatoren definiert sind.
Bei verschiedenen Implementierungen können die schnellen Motoraktuatoren das Achsendrehmoment in einem Bereich variieren, wobei der Bereich durch die langsamen Motoraktuatoren festgelegt wird. Bei solchen Implementierungen ist die obere Grenze des Bereichs die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257, während die untere Grenze des Bereichs durch die Drehmomentkapazität der schnellen Aktuatoren begrenzt ist. Lediglich beispielhaft können die schnellen Aktuatoren das Achsendrehmoment nur um einen ersten Betrag 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 258 innerhalb des Bereichs liegt, können die schnellen Motoraktuatoren eingestellt werden, um zu bewirken, dass das Achsendrehmoment gleich der Momentandrehmomentanforderung 258 ist. Wenn das ECM 114 anfordert, dass die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 ausgegeben werden soll, können die schnellen Motoraktuatoren gesteuert werden, um das Achsendrehmoment bis zum dem Spitzenwert des Bereichs zu variieren, der die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 ist.
Allgemein ausgedrückt können die schnellen Aktuatoren das Achsendrehmoment im Vergleich zu den langsamen Aktuatoren schneller verändern. Die langsamen Aktuatoren können langsamer als die schnellen Aktuatoren auf Änderungen ihrer jeweiligen Aktuatorwerte ansprechen. Ein langsamer Aktuator kann beispielsweise mechanische Komponenten umfassen, die Zeit erfordern, um sich in Ansprechen auf eine Änderung des Aktuatorwerts von einer Position in eine andere zu bewegen. Ein langsamer Aktuator kann auch durch die Zeitspanne charakterisiert werden, die benötigt wird, damit sich das Achsendrehmoment zu ändern beginnt, sobald der langsame Aktuator den veränderten Aktuatorwert zu implementieren beginnt. Allgemein wird diese Zeitspanne für langsame Aktuatoren länger als für schnelle Aktuatoren sein. Sogar nachdem es sich zu verändern beginnt, kann das Achsendrehmoment zusätzlich länger benötigen, um auf eine Änderung in einem langsamen Aktuator vollständig anzusprechen.
Lediglich beispielhaft kann das ECM 114 die Aktuatorwerte für die langsamen Aktuatoren auf Werte festlegen, die dem Motorsystem 100 ermöglichen würden, die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 zu erzeugen, wenn die schnellen Aktuatoren auf geeignete Werte eingestellt werden würden. In der Zwischenzeit kann das ECM 114 die Aktuatorwerte für die schnellen Aktuatoren auf Werte einstellen, die für die gegebenen Werte der langsamen Aktuatoren bewirken, dass das Motorsystem 100 die Momentandrehmomentanforderung 258 anstelle der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 erzeugt.
Die schnellen Aktuatorwerte bewirken daher, dass das Motorsystem 100 die Momentandrehmomentanforderung 258 erzeugt. Wenn das ECM 114 entscheidet, das Achsendrehmoment von der Momentandrehmomentanforderung 258 zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 überzuleiten, ändert das ECM 114 die Aktuatorwerte für einen oder mehrere schnelle Aktuatoren auf Werte, die der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 entsprechen. Da die langsamen Aktuatorwerte bereits basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 eingestellt wurden, ist das Motorsystem 100 in der Lage, die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 nach nur einer solchen Verzögerung zu erzeugen, die den schnellen Aktuatoren zuzuschreiben ist. Mit anderen Worten wird die längere Verzögerung vermieden, die ansonsten aus einem Verändern des Achsendrehmoments unter Verwendung der langsamen Aktuatoren resultieren würde.
Lediglich beispielhaft kann dann, wenn die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 gleich der gesicherten Fahrer-Drehmomentanforderung 253 ist, eine Drehmomentreserve erzeugt werden, wenn die Momentandrehmomentanforderung 258 aufgrund einer vorübergehenden Drehmoment-Verringerungsanforderung kleiner als die gesicherte Fahrer-Drehmomentanforderung 253 ist. Alternativ kann eine Drehmomentreserve erzeugt werden, indem die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 über die gesicherte Fahrer-Drehmomentanforderung 253 hinaus erhöht wird, während die Momentandrehmomentanforderung 258 bei der gesicherten Fahrer-Drehmomentanforderung 253 gehalten wird. Die resultierende Drehmomentreserve kann plötzliche Zunahmen in dem erforderlichen Achsendrehmoment absorbieren. Lediglich beispielhaft können plötzliche Lasten ausgeglichen werden, die durch eine Klimaanlage oder eine Servolenkungspumpe ausgeübt werden, indem die Momentandrehmomentanforderung 258 erhöht wird. Wenn die Zunahme der Momentandrehmomentanforderung 258 kleiner als die Drehmomentreserve ist, kann die Zunahme schnell erzeugt werden, indem die schnellen Aktuatoren verwendet werden. Die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 kann ebenso erhöht werden, um die vorhergehende Drehmomentreserve wieder herzustellen.
Eine andere beispielhafte Verwendung einer Drehmomentreserve ist es, Schwankungen in den langsamen Aktuatorwerten zu verringern. Aufgrund ihrer relativ langsamen Geschwindigkeit kann ein Variieren von langsamen Aktuatorwerten eine Steuerinstabilität erzeugen. Zusätzlich können die langsamen Aktuatoren mechanische Teile aufweisen, die mehr Leistung aufnehmen und/oder schneller abgenutzt werden können, wenn sie häufig bewegt werden. Das Erzeugen einer ausreichenden Drehmomentreserve ermöglicht, dass Änderungen in dem Soll-Drehmoment ausgeführt werden können, indem die schnellen Aktuatoren mittels der Momentandrehmomentanforderung 258 variiert werden, während die Werte der langsamen Aktuatoren beibehalten werden. Um beispielsweise eine gegebene Leerlaufdrehzahl aufrechtzuerhalten, kann die Momentandrehmomentanforderung 258 in einem Bereich variiert werden. Wenn die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 auf ein Niveau oberhalb dieses Bereichs festgelegt wird, können Veränderungen in der Momentandrehmomentanforderung 258, welche die Leerlaufdrehzahl aufrechterhalten, unter Verwendung der schnellen Aktuatoren ohne die Notwendigkeit ausgeführt werden, die langsamen Aktuatoren anzupassen.
Lediglich beispielhaft kann der Zündfunkenzeitpunkt in einem Motor mit Funkenzündung ein schneller Aktuatorwert sein, während die Drosselöffnungsfläche ein langsamer Aktuatorwert sein kann. Motoren mit Funkenzündung können Kraftstoffe, die beispielsweise Benzin und Ethanol umfassen, durch Anwendung eines Zündfunkens verbrennen. Im Gegensatz dazu kann bei einem Motor mit Kompressionszündung die Kraftstoffströmung ein schneller Aktuatorwert sein, während die Drosselöffnungsfläche als ein Aktuatorwert für andere Motoreigenschaften als das Drehmoment verwendet werden kann. Motoren mit Kompressionszündung können Kraftstoffe verbrennen, die beispielsweise Diesel umfassen, indem die Kraftstoffe komprimiert werden.
Wenn der Motor 102 ein Motor mit Funkenzündung ist, kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 ein schneller Aktuator sein, und das Drossel-Aktuatormodul 116 kann ein langsamer Aktuator sein. Nachdem ein neuer Aktuatorwert empfangen wurde, kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 in der Lage sein, den Zündfunkenzeitpunkt für das nachfolgende Zündungsereignis zu verändern. Wenn der Zündfunkenzeitpunkt (auch Zündfunkenvorverstellung genannt) für ein Zündungsereignis auf einen kalibrierten Wert eingestellt wird, kann ein maximaler Drehmomentbetrag während des Verbrennungstakts unmittelbar nach dem Zündungsereignis erzeugt werden. 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 durch ein Variieren der Zündfunkenvorverstellung zu verändern, sobald das nächste Zündungsereignis auftritt. Lediglich beispielhaft kann eine Tabelle mit Zündfunkenvorverstellungen, die verschiedenen Motorbetriebsbedingungen entsprechen, während einer Kalibrierungsphase der Fahrzeugkonstruktion ermittelt werden, und der kalibrierte Wert wird basierend auf den gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen aus der Tabelle ausgewählt.
Im Gegensatz dazu benötigen Änderungen in der Drosselöffnungsfläche länger, um das Motorausgangsdrehmoment zu beeinflussen. Das Drossel-Aktuatormodul 116 verändert die Drosselöffnungsfläche, indem der Winkel des Blatts des Drosselventils 112 angepasst wird. Sobald ein neuer Aktuatorwert empfangen wird, gibt es daher eine mechanische Verzögerung, wenn sich das Drosselventil 112 basierend auf dem neuen Aktuatorwert von seiner vorhergehenden Position in eine neue Position bewegt. Zusätzlich sind Luftströmungsänderungen basierend auf der Drosselöffnungsfläche Lufttransportverzögerungen in dem Einlasskrümmer 110 ausgesetzt. Ferner wird eine erhöhte Luftströmung in dem Einlasskrümmer 110 nicht als eine Erhöhung des Motorausgangsdrehmoments realisiert, bis der Zylinder 118 in dem nächsten Einlasstakt zusätzliche Luft aufnimmt, die zusätzliche Luft komprimiert und den Verbrennungstakt beginnt.
Unter Verwendung dieser Aktuatoren als ein Beispiel kann eine Drehmomentreserve erzeugt werden, indem die Drosselöffnungsfläche auf einen Wert eingestellt wird, der dem Motor 102 ermöglichen würde, die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 zu erzeugen. In der Zwischenzeit kann der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf der Momentandrehmomentanforderung 258 eingestellt werden, die kleiner als die vorgesagte Drehmomentanforderung 257 ist. Obwohl die Drosselöffnungsfläche eine ausreichende Luftströmung für den Motor 102 erzeugt, um die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 zu erzeugen, wird der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf der Momentandrehmomentanforderung 258 nach spät verstellt (was das Drehmoment verringert). Das Motorausgangsdrehmoment wird daher gleich der Momentandrehmomentanforderung 258 sein.
Wenn ein zusätzliches Drehmoment erforderlich ist, kann der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 oder einem Drehmoment zwischen der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 und der Momentandrehmomentanforderung 258 eingestellt werden. Mit dem nachfolgenden Zündungsereignis kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 die Zündfunkenvorverstellung auf einen kalibrierten Wert zurücksetzen, der dem Motor 102 ermöglicht, das volle Motorausgangsdrehmoment zu erzeugen, das mit der bereits vorhandenen Luftströmung erreichbar ist. Das Motorausgangsdrehmoment kann daher schnell auf die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 erhöht werden, ohne dass Verzögerungen aufgrund des Änderns der Drosselöffnungsfläche erfahren werden.
Wenn der Motor 102 ein Motor mit Kompressionszündung ist, kann das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 ein schneller Aktuator sein, und das Drossel-Aktuatormodul 116 und das Ladedruck-Aktuatormodul 165 können Emissionsaktuatoren sein. Die Kraftstoffmasse kann basierend auf der Momentdrehmomentanforderung 258 festgelegt werden, und die Drosselöffnungsfläche, der Ladedruck und die AGR-Öffnung können basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 festgelegt werden. Die Drosselöffnungsfläche kann mehr Luftströmung erzeugen, als notwendig ist, um die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 zu erfüllen. Umgekehrt kann die erzeugte Luftströmung größer sein, als für eine vollständige Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs erforderlich ist, so dass das Luft/Kraftstoffverhältnis üblicherweise mager ist und Änderungen in der Luftströmung das Motorausgangsdrehmoment nicht beeinflussen. Das Motorausgangsdrehmoment wird daher gleich der Momentandrehmomentanforderung 258 sein, und es kann durch das Einstellen der Kraftstoffströmung erhöht oder verringert werden.
Das Drossel-Aktuatormodul 116, das Ladedruck-Aktuatormodul 165 und das AGR-Ventil 164 können basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 gesteuert werden, um Emissionen zu steuern und ein Turboloch zu minimieren. Das Drossel-Aktuatormodul 116 kann einen Unterdruck in dem Einlasskrümmer 110 erzeugen, um Abgase durch das AGR-Ventil 164 und in den Einlasskrümmer 110 zu saugen.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und die Momentandrehmomentanforderung 258 an ein Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 ausgeben. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und die Momentandrehmomentanforderung 258 an das Hybridoptimierungsmodul 208 ausgeben.
Das Hybridoptimierungsmodul 208 kann ermitteln, wie viel Drehmoment durch den Motor 102 erzeugt werden sollte und wie viel Drehmoment durch den Elektromotor 198 erzeugt werden sollte. Das Hybridoptimierungsmodul 208 gibt dann eine modifizierte vorausgesagte Drehmomentanforderung 259 bzw. eine modifizierte Momentandrehmomentanforderung 260 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, als Teil von diesem oder an dessen Stelle auftreten.
Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 vermittelt zwischen Antriebsdrehmomentanforderungen 279, einschließlich der umgewandelten vorausgesagten Drehmomentanforderung und der umgewandelten Momentandrehmomentanforderung. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 erzeugt eine vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 und eine vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262. Die vermittelten Drehmomentanforderungen 261 und 262 können erzeugt werden, indem eine gewinnende Anforderung unter den empfangenen Anforderungen ausgewählt wird. Alternativ oder zusätzlich können die vermittelten Drehmomentanforderungen 261 und 262 erzeugt werden, indem eine der empfangenen Anforderungen basierend auf einer oder mehreren anderen der empfangenen Drehmomentanforderungen modifiziert wird.
Die Antriebsdrehmomentanforderungen 279 können Drehmomentverringerungen zum Schutz vor überhöhter Motordrehzahl, Drehmomentzunahmen zum Verhindern eines Abwürgens und Drehmomentverringerungen umfassen, die von dem Getriebesteuermodul 194 angefordert werden, um Gangwechsel aufzunehmen. Die Antriebsdrehmomentanforderungen 279 können auch aus einer Kraftstoffabschaltung wegen der Kupplung resultieren, die das Motorausgangsdrehmoment dann verringert, wenn der Fahrer bei einem Fahrzeug mit Schaltgetriebe das Kupplungspedal niederdrückt, um ein Aufbrausen (einen schnellen Anstieg) in der Motordrehzahl zu verhindern.
Die Antriebsdrehmomentanforderungen 279 können auch eine Motorabschaltanforderung umfassen, die ausgelöst werden kann, wenn ein kritischer Fehler detektiert wird. Lediglich beispielhaft können die kritischen Fehler die Detektion eines Fahrzeugdiebstahls, einen blockierten Anlasser, Probleme mit der elektronischen Drosselsteuerung und unerwartete Drehmomentzunahmen umfassen. Bei verschiedenen Implementierungen wählt die Vermittlung die Motorabschaltanforderung als die gewinnende Anforderung aus, wenn eine Motorabschaltanforderung vorliegt. Wenn die Motorabschaltanforderung vorliegt, kann das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 Null für die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262 ausgeben.
Bei verschiedenen Implementierungen kann eine Motorabschaltanforderung den Motor 102 separat 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.
Das Reserven/Lastenmodul 220 empfängt die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262 anpassen, um eine Drehmomentreserve zu erzeugen und/oder eine oder mehrere Lasten zu kompensieren. Das Reserven/Lastenmodul 220 gibt anschließend eine angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 und eine angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 an das Betätigungsmodul 224 aus.
Lediglich beispielhaft kann ein Katalysator-Anspringprozess oder ein Prozess zur Verringerung von Kaltstartemissionen erfordern, dass der Zündfunkenzeitpunkt nach spät verstellt wird. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann daher die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 über die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 hinaus erhöhen, um einen nach spät verstellten Zündfunkenzeitpunkt für den Prozess zur Verringerung von Kaltstartemissionen zu erzeugen. Bei einem anderen Beispiel können das Luft/Kraftstoffverhältnis des Motors und/oder die Luftmassenströmung 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 in dem Motorausgangsdrehmoment schnell auszugleichen, die während dieser Prozesse daraus resultieren, dass das Luft/Kraftstoffgemisch magerer wird.
Das Reserven/Lastenmodul 220 kann auch eine Drehmomentreserve in Erwartung einer zukünftigen Last erzeugen, wie z.B. des Betriebs der Servolenkungspumpe oder des Einrückens einer Klimaanlagen-Kompressorkupplung (A/C-Kompressorkupplung). Die Reserve für das Einrücken der A/C-Kompressorkupplung kann erzeugt werden, wenn der Fahrer die Klimaanlage zum ersten Mal anfordert. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 erhöhen, während die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 unverändert belassen wird, um die Drehmomentreserve zu erzeugen. Dann, wenn die A/C-Kompressorkupplung einrückt, kann das Reserven/Lastenmodul 220 die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 um die geschätzte Last der A/C-Kompressorkupplung erhöhen.
Das Betätigungsmodul 224 empfängt die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 und die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264. Das Betätigungsmodul 224 ermittelt, wie die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 und die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 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 werden oder unterschiedliche Steuerschemata verwenden.
Bei verschiedenen Implementierungen kann das Betätigungsmodul 224 eine Grenze zwischen den Modulen, die bei allen Motortypen üblich sind, und den Modulen definieren, die für den Motortyp spezifisch sind. Lediglich beispielhaft können die Motortypen Motoren mit Funkenzündung und Motoren mit Kompressionszündung umfassen. Die Module vor dem Betätigungsmodul 224, wie beispielsweise das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206, können bei allen Motortypen üblich sein, während das Betätigungsmodul 224 und die nachfolgenden Module für den Motortyp spezifisch sein können.
Das Betätigungsmodul 224 kann beispielsweise in einem Motor mit Funkenzündung das Öffnen des Drosselventils 112 als einen langsamen Aktuator variieren, was einen weiten Bereich für die Drehmomentsteuerung ermöglicht. Das Betätigungsmodul 224 kann Zylinder unter Verwendung des Zylinder-Aktuatormoduls 120 deaktivieren, was auch für einen weiten Bereich der Drehmomentsteuerung sorgt, aber ebenso langsam sein kann und 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 sich der Betrag der Drehmomentsteuerung ändern, der mit Änderungen in dem Zündfunkenzeitpunkt möglich ist (als Zündfunkenreservekapazität bezeichnet), wenn sich die Luftströmung ändert.
Bei verschiedenen Implementierungen kann das Betätigungsmodul 224 eine Luftdrehmomentanforderung 265 basierend auf der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung 263 erzeugen. Die Luftdrehmomentanforderung 265 kann der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung 263 gleich sein und die Luftströmung derart einstellen, dass die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 durch Änderungen bei den anderen Aktuatoren erreicht werden kann.
Das Luftsteuermodul 228 kann Soll-Aktuatorwerte basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 ermitteln. Lediglich beispielhaft kann das Luftsteuermodul 228 einen Soll-Krümmerabsolutdruck (Soll-MAP) 266, eine Soll-Drosselposition 267 und/oder eine Soll-Luft pro Zylinder (Soll-APC) 268 basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 ermitteln. Der Soll-MAP 266 kann verwendet werden, um einen Soll-Ladedruck zu ermitteln, und die Soll-APC 268 kann verwendet werden, um Soll-Nockenphasenstellerpositionen und die Soll-Drosselposition 267 zu ermitteln. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Luftsteuermodul 228 auch einen Betrag für das Öffnen des AGR-Ventils 164 basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 ermitteln.
Das Betätigungsmodul 224 kann auch eine Zündfunken-Drehmomentanforderung 269, eine Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung 270 und eine Kraftstoff-Drehmomentanforderung 271 erzeugen. Die Zündfunken-Drehmomentanforderung 269 kann von dem Zündfunkensteuermodul 232 verwendet werden, um zu ermitteln, um wie viel der Zündfunkenzeitpunkt bezogen auf einen kalibrierten Zündfunkenzeitpunkt nach spät verstellt werden soll (was das Motorausgangsdrehmoment verringert).
Die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung 270 kann durch das Zylindersteuermodul 236 verwendet werden, um zu ermitteln, wie viele Zylinder deaktiviert werden sollen. Das Zylindersteuermodul 236 kann das Zylinder-Aktuatormodul 120 anweisen, einen oder mehrere Zylinder des Motors 102 zu deaktivieren. Bei verschiedenen Implementierungen kann eine vordefinierte Gruppe der Zylinder (z.B. die Hälfte) 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 Luft/Kraftstoffgemisch, das bereits in dem Zylinder vorhanden ist, verbrannt worden ist.
Bei verschiedenen Implementierungen kann das Zylinder-Aktuatormodul 120 ein Hydrauliksystem umfassen, das 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 Zylinder-Aktuatormodul 120 entweder hydraulisch angekoppelt oder abgekoppelt. Bei verschiedenen Implementierungen können die Zylinder deaktiviert werden, indem die Zufuhr von Kraftstoff zu diesen Zylindern einfach abgeschaltet wird, ohne dass das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile gestoppt wird. Bei solchen Implementierungen kann das Zylinder-Aktuatormodul 120 weggelassen werden.
Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann basierend auf der Kraftstoff-Drehmomentanforderung 271 die Kraftstoffmenge variieren, die an jeden Zylinder geliefert wird. Während des normalen Betriebs eines Motors mit Funkenzündung kann das Kraftstoffsteuermodul 240 in einem luftgeführten Modus arbeiten, in dem das Kraftstoffsteuermodul 240 versucht, ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis aufrechtzuerhalten, indem die Kraftstoffzufuhr basierend auf der Luftströmung gesteuert wird. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann eine Kraftstoffmasse ermitteln, die eine stöchiometrische Verbrennung ergeben wird, wenn sie mit dem gegenwärtigen Betrag der Luft pro Zylinder kombiniert wird. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 mittels einer Kraftstoffzufuhrrate anweisen, diese Kraftstoffmasse für jeden aktivierten Zylinder einzuspritzen.
Bei Systemen mit Kompressionszündung kann das Kraftstoffsteuermodul 240 in einem kraftstoffgeführten Modus arbeiten, in dem das Kraftstoffsteuermodul 240 eine Kraftstoffmasse für jeden Zylinder ermittelt, welche die Kraftstoff-Drehmomentanforderung 271 erfüllt, während die Emissionen, das Geräusch und der Kraftstoffverbrauch minimiert werden. In dem kraftstoffgeführten Modus wird die Luftströmung basierend auf der Kraftstoffströmung gesteuert, und sie kann gesteuert werden, um ein mageres Luft/Kraftstoffverhältnis zu ergeben. Zusätzlich kann das Luft/Kraftstoffverhältnis oberhalb eines vorbestimmten Niveaus gehalten werden, das bei dynamischen Motorbetriebsbedingungen die Erzeugung von schwarzem Rauch verhindern kann.
Das Luftsteuermodul 228 kann die Soll-Drosselposition 267 an ein Drosselsteuermodul 280 ausgeben. Das Luftsteuermodul 228 kann die Soll-Drosselposition 267 basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 ermitteln. Das Drosselsteuermodul 280 erzeugt ein Soll-Pulsweitenmodulationssignal (Soll-PWM-Signal) 282 unter Verwendung einer Regelung basierend auf der Soll-Drosselposition 267. Das Drossel-Aktuatormodul 116 betätigt das Drosselventil 112 basierend auf dem Soll-PWM-Signal 282. Spezieller kann das Soll-PWM-Signal 282 das Drossel-Aktuatormodul 116 antreiben (z.B. einen Motor von diesen), um das Drosselventil 112 zu betätigen. Obgleich das Soll-PWM-Signal 282 gezeigt ist und diskutiert wird, kann das Drosselsteuermodul 280 das Drossel-Aktuatormodul 116 unter Verwendung eines anderen geeigneten Signaltyps steuern.
Das Luftsteuermodul 228 kann den Soll-MAP 266 an das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 ausgegeben. Das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 verwendet den Soll-MAP 266, um das Ladedruck-Aktuatormodul 165 zu steuern. Das Ladedruck-Aktuatormodul 165 steuert anschließend 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 gibt die Soll-APC 268 an das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 aus. Basierend auf der Soll-APC 268 und dem RPM-Signal kann das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 die Positionen des Einlass- und/oder des Auslass-Nockenphasenstellers 148 und 150 unter Verwendung des Phasensteller-Aktuatormoduls 158 steuern.
Wieder auf das Zündfunkensteuermodul 232 Bezug nehmend, kann der kalibrierte Zündfunkenzeitpunkt basierend auf verschiedenen Motorbetriebsbedingungen variieren. Lediglich beispielhaft kann eine Drehmomentbeziehung invertiert werden, um diese nach einer Soll-Zündfunkenvorverstellung aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (T_des) kann die Soll-Zündfunkenvorverstellung (S_des) ermittelt werden basierend auf $S_{des} = T^{- 1} (T_{des},APC,I,E,AF,OT,#) .$
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 den kalibrierten Zündfunkenzeitpunkt eingestellt wird, kann das resultierende Drehmoment so nahe wie möglich bei einem mittleren Bestdrehmoment (MBT) liegen. Das MBT bezieht sich auf das maximale Motorausgangsdrehmoment, das für eine gegebene Luftströmung erzeugt wird, wenn die Zündfunkenvorverstellung erhöht wird, während Kraftstoff mit einer Oktanzahl größer als eine vorbestimmte Oktanzahl und eine stöchiometrische Kraftstoffzufuhr verwendet werden. Die Zündfunkenvorverstellung, bei dem dieses maximale Drehmoment auftritt, wird als ein MBT-Zündfunkenzeitpunkt bezeichnet. Der kalibrierte Zündfunkenzeitpunkt kann sich beispielsweise aufgrund der Kraftstoffqualität (wenn beispielsweise Kraftstoff mit geringerer Oktanzahl verwendet wird) und aufgrund von Umweltfaktoren von dem MBT-Zündfunkenzeitpunkt leicht unterscheiden. Das Motorausgangsdrehmoment bei dem kalibrierten Zündfunkenzeitpunkt kann daher kleiner als das MBT sein.
Nun auf 3 Bezug nehmend, ist ein Beispiel des Fahrer-Drehmomentmoduls 202 gezeigt. Das Fahrer-Drehmomentmodul 202 kann ein Fahrer-Interpretationsmodul 304, ein Motordrehmoment-Anforderungsmodul 308, ein DRPM-Ermittlungsmodul 312, ein Modul 316 zur Ermittlung eines gesicherten Drehmoments, ein Drehmomentbegrenzungs-Ermittlungsmodul 320, ein Motordrehmoment-Ansprechmodul 324 und ein Drehmomentbefehl-Begrenzungsmodul 328 umfassen.
Das Fahrer-Interpretationsmodul 304 erzeugt eine Motorleistungsanforderung (P_E) basierend auf der Fahrereingabe 254 und der Fahrzeuggeschwindigkeit 255. Wie vorstehend festgestellt wurde, kann die Fahrereingabe 254 eine Gaspedalposition und/oder einen oder mehrere andere geeignete Parameter umfassen, wie beispielsweise eine Bremspedalposition und Tempomateingaben. Die Fahrzeuggeschwindigkeit 255 kann beispielsweise basierend auf einer oder mehreren Raddrehzahlen, der Drehzahl der Getriebeausgangswelle und/oder basierend auf einem oder mehreren Parametern erzeugt werden. Das Fahrerinterpretationsmodul 304 kann die Motorleistungsanforderung P_E unter Verwendung einer Funktion und/oder einer Abbildung erzeugen, welche die Gaspedalposition und die Fahrzeuggeschwindigkeit 255 mit der Motorleistungsanforderung P_E in Beziehung setzt. Die Funktion und/oder die Abbildung können derart kalibriert werden, dass das Fahrzeug eine Soll-Beschleunigung für die Fahrzeuggeschwindigkeit 255 und die Gaspedalposition erreicht.
Das Motordrehmoment-Anforderungsmodul 308 erzeugt eine Motordrehmomentanforderung (T_E) basierend auf der Motorleistungsanforderung P_E. Das Motordrehmoment-Anforderungsmodul 308 erzeugt die Motordrehmomentanforderung T_E ferner basierend auf der DRPM. Die DRPM kann zu Zwecken der Ermittlung der Motordrehmomentanforderung T_E ermittelt werden. Das DRPM-Ermittlungsmodul 312 ermittelt die DRPM. Das DRPM-Ermittlungsmodul 312 ermittelt die DRPM basierend auf der Motorleistungsanforderung P_E, einer Turbinendrehzahl (TS) und einem Schlupf. Der Schlupf kann beispielsweise ein Schlupf einer Drehmomentwandlerkupplung (TCC) sein. Das DRPM-Ermittlungsmodul 312 kann die DRPM auch basierend auf anderen Betriebsparametern erzeugen, wie beispielsweise solchen, die in der US-Patentanmeldung Nr. 13/166,232 beschrieben sind, die demselben Rechtsinhaber gehört wie die vorliegende Anmeldung, am 22. Juni 2011 eingereicht wurde und hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingebunden ist.
Das Motordrehmoment-Anforderungsmodul 312 erzeugt die Motordrehmomentanforderung T_E, indem die Motorleistungsanforderung P_E unter Verwendung der DRPM in ein Drehmoment umgewandelt wird. Spezieller kann das Motordrehmoment-Anforderungsmodul 312 die Motordrehmomentanforderung T_E wie folgt erzeugen: $T_{E} = \frac{P_{E}}{DRPM} .$
Das Motordrehmoment-Anforderungsmodul 38 erzeugt jedoch die Motordrehmomentanforderung T_E unter Verwendung einer Optimalwertsteuerung (Feed-Forward-Steuerung, FF-Steuerung), um die Zeitdauer dazwischen zu verringern, dass eine Änderung in der Motordrehmomentanforderung T_E durchgeführt wird und dass der Motor 102 ein Drehmoment ausgibt, das der Motordrehmomentanforderung T_E entspricht. Lediglich beispielhaft kann das Motordrehmoment-Anforderungsmodul 308 die Motordrehmomentanforderung T_E zusätzlich wie folgt ermitteln: ${ETR}_{k} = \frac{{FFP}_{k}}{{DRPM}_{k}},$
wobei ETR_k die Motordrehmomentanforderung T_E zu einer gegebenen Zeit k ist, DRPM_k die DRPM zu der gegebenen Zeit k ist und FFP_k eine Optimalwert-Leistung ist, die für die gegebene Zeit k wie folgt ermittelt wird: ${FFP}_{k} = a ({ETR}_{k} - {ETR}_{k - 1}) + {FFP}_{k - 1} + b ({ETR}_{k - 1} - {FFP}_{k - 1}),$
wobei ETR_k die Motorleistungsanforderung P_E zu der gegebenen Zeit k ist, ETR_k-1 die Motorleistungsanforderung P_E zu einer vorhergehenden Zeit k-1 ist, FFP_k-1 der Wert von FFP zu der vorhergehenden Zeit k-1 ist und a sowie b vorbestimmte Werte sind, die kalibriert werden, um zu bewirken, dass der Motor 102 die Motorleistungsanforderung P_E und die Motordrehmomentanforderung T_E früher erreicht als dann, wenn die vorstehende Gleichung (3) verwendet werden würde, um die Motordrehmomentanforderung T_E zu erzeugen. Die Zeit k kann die Zeit für eine momentane Steuerschleife sein, und die vorhergehende Zeit k-1 kann die Zeit für eine vorhergehende Steuerschleife sein.
Das Modul 316 zur Ermittlung eines gesicherten Drehmoments ermittelt ein gesichertes Drehmoment (Ts). Das Modul 316 zur Ermittlung des gesicherten Drehmoments kann das gesicherte Drehmoment Ts basierend auf der Motorleistungsanforderung P_E ermitteln. Das Modul 316 zur Ermittlung des gesicherten Drehmoments kann das gesicherte Drehmoment Ts ferner basierend auf der Motordrehzahl (RPM) ermitteln. Die Motordrehzahl RPM kann durch den Motordrehzahlsensor 170 gemessen werden. Spezieller kann das Modul 316 zur Ermittlung des gesicherten Drehmoments das gesicherte Drehmoment Ts wie folgt ermitteln: $T_{S} = \frac{P_{E}}{RPM} .$
Das Drehmomentbegrenzungs-Ermittlungsmodul 320 ermittelt Drehmomentbegrenzungen (T_MAM, T_MIN). Das Drehmomentbegrenzungs-Ermittlungsmodul 320 kann die Drehmomentbegrenzungen T_MAX, T_MIN basierend auf dem gesicherten Drehmoment Ts ermitteln. Das Drehmomentbegrenzungs-Ermittlungsmodul 320 kann die Drehmomentbegrenzungen T_MAX, T_MIN ferner basierend auf der Fahrereingabe 254 und der Fahrzeuggeschwindigkeit 255 ermitteln. Spezieller kann das Drehmomentbegrenzungs-Ermittlungsmodul 320 die Drehmomentbegrenzungen T_MAX, T_MIN ermitteln, indem eine Schwankung bzgl. des gesicherten Drehmoments Ts ermittelt wird. Die Schwankung kann beispielsweise als eine Funktion der Fahrereingabe 254 und der Fahrzeuggeschwindigkeit 255 ermittelt werden.
Das Motordrehmoment-Ansprechmodul 324 ermittelt einen maximalen und einen minimalen Drehmomentwert (Max, Min). Der maximale und der minimale Drehmomentwert Max, Min repräsentieren einen maximalen und einen minimalen akzeptierbaren Drehmomentwert zum Verhindern von Störungen bzgl. der Fahrbarkeit des Fahrzeugs. Das Motordrehmoment-Ansprechmodul 324 kann den maximalen und den minimalen Drehmomentwert Max, Min unter Verwendung eines Modells für das Ansprechen des Motordrehmoments ermitteln. Beispielsweise kann das Modell für das Ansprechen des Motordrehmoments auf die Drehmomentbegrenzungen T_MAX und T_MIN einzeln angewendet werden, um den maximalen bzw. den minimalen Drehmomentwert Max bzw. Min zu erzeugen. Das Modell für das Ansprechen des Motordrehmoments kann ferner eine Zeitverzögerung bzw. Zeitverzögerungen und/oder Ratengrenzen auf den maximalen Drehmomentwert Max und/oder den minimalen Drehmomentwert Min anwenden.
Das Drehmomentbefehl-Begrenzungsmodul 328 erzeugt die gesicherte Motordrehmomentanforderung 253. Das Drehmomentbefehl-Begrenzungsmodul 328 kann die gesicherte Motordrehmomentanforderung 253 basierend auf der Motordrehmomentanforderung T_E erzeugen. Das Drehmomentbefehl-Begrenzungsmodul 328 kann die gesicherte Motordrehmomentanforderung 253 ferner basierend auf dem maximalen und dem minimalen Drehmomentwert Max, Min erzeugen. Das Drehmomentbefehl-Begrenzungsmodul 328 kann die Motordrehmomentanforderung T_E auf den maximalen und den minimalen Drehmomentwert Max, Min begrenzen. Spezieller kann das Drehmomentbefehl-Begrenzungsmodul die gesicherte Motordrehmomentanforderung 253 wie folgt erzeugen: $Min \leq T_{ES} \leq Max,$
wobei T_ES die gesicherte Motordrehmomentanforderung 253 repräsentiert, die durch den maximalen und den minimalen Drehmomentwert Max, Min begrenzt (oder beschränkt) wird.
Nun auf 4 Bezug nehmend, beginnt ein beispielhaftes Verfahren für eine verbesserte Fahrbarkeit eines Fahrzeugs und zur Motordrehmomentsteuerung basierend auf einer Soll-Motordrehzahl bei 400. Bei 400 ermittelt das ECM 114 eine Motorleistungsanforderung P_E basierend auf der Fahrereingabe 254 und der Fahrzeuggeschwindigkeit 255. Bei 404 ermittelt das ECM 114 die DRPM basierend auf der Motorleistungsanforderung P_E, der Turbinendrehzahl TS und dem TCC-Schlupf. Bei 408 ermittelt das ECM 114 eine Motordrehmomentanforderung T_E basierend auf der Motorleistungsanforderung P_E und der DRPM. Bei 412 ermittelt das ECM 114 ein gesichertes Drehmoment Ts basierend auf der Motorleistungsanforderung und der Motordrehzahl RPM.
Bei 416 ermittelt das ECM 114 Drehmomentbegrenzungen T_MAX, T_MIN basierend auf dem gesicherten Drehmoment Ts, der Fahrereingabe 254 und der Fahrzeuggeschwindigkeit 255. Bei 420 ermittelt das ECM 114 den maximalen und den minimalen Drehmomentwert Max, Min basierend auf den Drehmomentbegrenzungen T_MAX, T_MIN und einem Modell für das Ansprechen des Motordrehmoments. Bei 424 erzeugt das ECM 114 eine gesicherte Motordrehmomentanforderung basierend auf der Motordrehmomentanforderung T_E und dem maximalen sowie dem minimalen Drehmomentwert Max, Min. Bei 428 steuert das ECM 114 den Motor 102 basierend auf der gesicherten Motordrehmomentanforderung. Die Steuerung kann anschließend enden oder für einen weiteren Zyklus in einer Schleife zu 400 zurückgeführt werden.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Motors (102) eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Motorleistungsanforderung (P_E) basierend auf (i) einer Fahrereingabe (254) und (ii) einer Fahrzeuggeschwindigkeit (255) ermittelt wird; eine Motordrehmomentanforderung (T_E) basierend auf (i) der Motorleistungsanforderung (P_E) und (ii) einer Soll-Motordrehzahl (DRPM) ermittelt wird; ein ungesichertes Drehmoment (T_US) basierend auf der Motorleistungsanforderung (P_E) und einer gemessenen Motordrehzahl (RPM) ermittelt wird; eine erste und eine zweite Drehmomentgrenze (T_MAX, T_MIN) anhand einer Schwankung des ungesicherten Drehmoments (T_US) ermittelt werden, die als Funktion der Fahrereingabe (254) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (255) ermittelt wird; ein maximaler und ein minimaler akzeptierbarer Drehmomentwert (Max, Min) zum Verhindern von Störungen bezüglich der Fahrbarkeit des Fahrzeugs mittels eines Modells für das Ansprechen des Motordrehmoments ermittelt werden, wobei das Modell für das Ansprechen des Motordrehmoments zur Erzeugung des maximalen akzeptierbaren Drehmomentwerts (Max) auf die erste Drehmomentgrenze (T_MAX) und zur Erzeugung des minimalen akzeptierbaren Drehmomentwerts (Min) auf die zweite Drehmomentgrenze (T_MIN) angewendet wird und wobei das Modell für das Ansprechen des Motordrehmoments (i) eine Zeitverzögerung und/oder (ii) eine Ratenbegrenzung umfasst; eine gesicherte Motordrehmomentanforderung (T_ES, 253) basierend auf (i) der Motordrehmomentanforderung (T_E) und (ii) dem maximalen sowie dem minimalen akzeptierbaren Drehmomentwert (Max, Min) erzeugt wird, indem die Motordrehmomentanforderung (T_E) auf einen Wert zwischen dem maximalen und dem minimalen akzeptierbaren Drehmomentwert (Max, Min) begrenzt wird; und zumindest ein Aktuator (116, 120, 124, 126, 158, 164, 165) des Motors (102) basierend auf der gesicherten Motordrehmomentanforderung (T_ES, 253) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die Soll-Motordrehzahl (DRPM) basierend auf (i) der Motorleistungsanforderung (P_E), (ii) einer Turbinendrehzahl und (iii) einem Schlupf einer Drehmomentwandlerkupplung (178) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Motordrehmomentanforderung basierend auf (i) der Motorleistungsanforderung (P_E) und (ii) der Soll-Motordrehzahl (DRPM) unter Verwendung eines Optimalwertcontrollers (Feed-Forward-Controllers) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fahrereingabe (254) (i) eine Gaspedalposition, (ii) eine Bremspedalposition und/oder (iii) eine Tempomateingabe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuern des zumindest einen Aktuators des Motors (102) umfasst, dass die Luft, der Kraftstoff und/oder der Zündfunken gesteuert werden, die dem Motor (102) zugeführt werden.