DE102013204901B4

DE102013204901B4 - System und Verfahren zum Steuern einer Motordrehzahl

Info

Publication number: DE102013204901B4
Application number: DE102013204901.3A
Authority: DE
Inventors: Krishnendu Kar; Leon Cribbins
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: US20130255625A1; CN103362676B; US8919323B2; DE102013204901A1; CN103362676A

Abstract

Verfahren, das umfasst, dass:eine Verstärkung basierend auf einer Solldrehzahl eines Motors (102) und einer Änderungsrate einer Istdrehzahl des Motors (102) ermittelt wird;ein Solldrehmoment basierend auf der Verstärkung und einer Differenz zwischen der Istdrehzahl und der Solldrehzahl ermittelt wird; undeine Drosselfläche, ein Zündfunkenzeitpunkt und/oder eine Kraftstoffzufuhrrate basierend auf dem Solldrehmoment gesteuert werden,wobei die Verstärkung selektiv erhöht wird, wenn eine erste Bedingung erfüllt ist, wobei die erste Bedingung erfüllt ist, wenn ein Druckverhältnis über ein Drosselventil (112) kleiner als ein erstes Verhältnis ist und die Änderungsrate der Istdrehzahl kleiner als eine erste Rate ist, unddie Verstärkung für eine erste vorbestimmte Zeitdauer erhöht wird, die auf einer Verzögerung zwischen einer Erhöhung einer Drosselfläche und einer Zunahme eines Krümmerdrucks in Ansprechen auf die Erhöhung der Drosselfläche basiert.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere Verfahren zum Steuern einer Motordrehzahl.
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-Motordrehmomentausgabe 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 Solldrehmoments 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 US 2003 / 0 097 215 A1 ist ein Verfahren zum Steuern eines Motors beschrieben, bei dem eine Verstärkung basierend auf einer Solldrehzahl des Motors und einer Änderungsrate einer Istdrehzahl des Motors ermittelt wird und ein Solldrehmoment basierend auf der Verstärkung und einer Differenz zwischen der Istdrehzahl und der Solldrehzahl ermittelt wird, um den Motor basierend auf dem Solldrehmoment zu steuern.
Die DE 692 31 397 T2 beschreibt eine Vorrichtung zur Drehzahlregelung eines Verbrennungsmotors, bei der eine Solldrehzahl des Motors anhand einer Gaspedalstellung ermittelt wird und eine Sollöffnung einer Drosselklappe anhand der Differenz zwischen der Solldrehzahl und einer Istdrehzahl des Motors bestimmt wird. Die Drosselklappe wird ferner für eine Niedrigdrehzahlposition und eine Hochdrehzahlposition eines Getriebes des Motors unterschiedlich gesteuert.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, mit dem dann, wenn eine Last auf einen Motor ausgeübt wird, ein unerwünschtes Abfallen einer Drehzahl des Motors vermieden werden kann, ohne dass die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Motors verschlechtert wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das Verfahren umfasst, dass eine Verstärkung basierend auf einer Solldrehzahl eines Motors und einer Änderungsrate einer Istdrehzahl des Motors ermittelt wird. Ein Solldrehmoment wird basierend auf der Verstärkung und einer Differenz zwischen der Istdrehzahl und der Solldrehzahl ermittelt. Eine Drosselfläche, ein Zündfunkenzeitpunkt und/oder eine Kraftstoffzufuhrrate werden basierend auf dem Solldrehmoment gesteuert.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen vollständiger verständlich werden, wobei:

1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein Funktionsblockdiagramm eines ersten beispielhaften Steuermoduls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
4 ein Funktionsblockdiagramm eines zweiten beispielhaften Steuermoduls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
5 ein Funktionsblockdiagramm eines dritten beispielhaften Steuermoduls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
6 ein Flussdiagramm ist, das ein erstes beispielhaftes Steuerverfahren gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
7 ein Flussdiagramm ist, das ein zweites beispielhaftes Steuerverfahren gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Motorsteuermodul (ECM) kann in einem Drehzahlmodus arbeiten, in dem das ECM eine Istdrehzahl eines Motors bei einer Solldrehzahl hält. Das ECM kann die Istdrehzahl steuern, in dem Aktuatorwerte, wie beispielsweise eine Drosselfläche, ein Zündfunkenzeitpunkt und/oder eine Kraftstoffzufuhrrate, eingestellt werden. Der Drehzahlmodus kann aktiviert werden, wenn sich der Motor im Leerlauf befindet. Wenn eine Last auf den Motor ausgeübt wird, wenn der Drehzahlmodus aktiviert ist, kann die Istdrehzahl auf weniger als die Solldrehzahl abnehmen. Dies kann als ein Motordrehzahlschwund bezeichnet werden.
Die Last, die auf den Motor ausgeübt wird, kann eine bekannte Last oder eine unbekannte Last sein, was davon abhängt, ob das ECM über die Last informiert wird, bevor die Last ausgeübt wird. Das ECM kann eine bekannte Last kompensieren, um ein Abwürgen zu verhindern, indem eine Leerlaufdrehzahl erhöht wird und/oder indem eine Drehmomentreserve erzeugt wird, bevor die Last ausgeübt wird. Eine Drehmomentreserve kann erzeugt werden, indem der Zündfunkenzeitpunkt nach spät verstellt wird und indem die resultierende Drehmomentverringerung kompensiert wird, indem andere Aktuatorwerte angepasst werden. Das ECM kann anschließend die Drehzahl aufrecht erhalten, indem der Zündfunkenzeitpunkt nach früh verstellt wird, wenn die Last ausgeübt wird. Das Erhöhen der Motordrehzahl oder das Erzeugen einer Drehmomentreserve verringert jedoch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, und das Verstellen des Zündfunkens nach spät kann eine Fehlzündung bewirken.
Der Typ der Last, die auf dem Motor ausgeübt wird, kann die Ansprechzeit vom Ausüben der Last bis zum Erhöhen der Istdrehzahl auf die Solldrehzahl beeinflussen. Die Drehmomentreserve und die Leerlaufdrehzahl werden typischerweise basierend auf bekannten Lasten eingestellt. Unbekannte Lasten, wie beispielsweise Servolenkungslasten oder Generatorlasten, können jedoch die Motorlast um mehr als 100 Prozent erhöhen, was ein Abwürgen verursachen kann. Folglich können die Drehmomentreserve und die Leerlaufdrehzahl erhöht werden, um unbekannte Lasten zu kompensieren, wodurch eine größere Verringerung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit relativ zum Kompensieren bekannter Lasten verursacht wird. Zusätzlich kann die Ansprechzeit dann, wenn eine unbekannte Last ausgeübt wird, größer sein als dann, wenn eine bekannte Last ausgeübt wird, was bewirkt, dass der Motordrehzahlschwund noch beträchtlicher ist.
Ein Steuersystem und ein Steuerverfahren gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung verbessern die Ansprechzeit, wenn eine Last ausgeübt wird, so dass die Drehmomentreserve und die Leerlaufdrehzahl verringert werden können, ohne dass der Motordrehzahlschwund vergrößert wird. Wenn beispielsweise ein Fahrer ein Lenkrad dreht, während sich ein Motor im Leerlauf befindet, kann das Lenkmanöver eine Biegung in Leitungen der Servolenkung verursachen, welche die Servolenkungslasten erhöht. Dies kann als eine Servolenkungshemmung bezeichnet werden. Wenn der Fahrer das Lenkrad dreht, wenn sich der Motor bei 550 Umdrehungen pro Minute (RPM) im Leerlauf befindet, und die Drehmomentreserve auf 12 Newtonmeter (Nm) festgelegt ist, kann das Lenkungsmanöver eine Servolenkungshemmung verursachen, die den Motor abwürgt. Ein Steuersystem und ein Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung können jedoch verhindern, dass der Motor unter diesen Bedingungen abgewürgt wird.
Ein Steuersystem und ein Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung können die Ansprechzeit unter bestimmten Bedingungen verbessern, indem in einem Übergangsmodus gearbeitet wird. Der Übergangsmodus kann aktiviert werden, wenn eine Änderungsrate der Motordrehzahl größer als eine erste Rate ist und ein Druckverhältnis über ein Drosselventil kleiner als ein erstes Verhältnis ist. Die Motordrehzahl kann für jede Zündungszeitdauer abgetastet werden (d.h. für jede Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Zündungsereignissen). Die erste Rate kann basierend auf einer Solldrehzahl, einer Nebenaggregatslast, wie beispielsweise einer Klimaanlagenkompressorlast, und/oder basierend darauf ermittelt werden, ob ein Rangierschalten durchgeführt wird. Ein Rangierschalten ist ein Schalten von Parken oder Neutral auf Fahren oder Rückwärts.
Um die Stabilität der Motordrehzahl zu verbessern, kann der Übergangsmodus für eine vorbestimmte Zeitdauer nicht aktiviert werden, nachdem der Übergangsmodus deaktiviert wird. Die erste Zeitdauer kann basierend auf einer Verzögerungszeitdauer von einer ersten Zeit, zu der die Drosselfläche erhöht wird, bis zu einer zweiten Zeit, zu der ein Krümmerdruck in Ansprechen auf die Erhöhung der Drosselfläche zunimmt, vorbestimmt werden. Der Übergangsmodus kann für eine vorbestimmte Zeitdauer aktiviert werden.
Das Istdrehmoment, das durch den Motor erzeugt wird, kann bei einem Solldrehmoment gehalten werden, das eine Solldrehzahl ergibt, und die Aktuatorwerte können basierend auf dem Solldrehmoment angepasst werden. Um ein Überschießen der Drosselfläche zu vermeiden, kann das Solldrehmoment nicht schneller als mit einer ersten Rate eingestellt werden, wenn das Solldrehmoment größer als ein erstes Drehmoment ist. Es können Proportional- und Integralverstärkungen verwendet werden, um die Differenz zwischen dem Istdrehmoment und dem Solldrehmoment zu verringern. Die Verstärkungen können auf Basiswerte eingestellt werden, wenn der Übergangsmodus deaktiviert wird, und sie können auf Werte eingestellt werden, die größer als die Basiswerte sind, wenn der Übergangsmodus aktiviert wird. Zusätzlich können die Verstärkungen basierend auf der Solldrehzahl und der Änderungsrate der Motordrehzahl ermittelt werden, um die Ansprechzeit zu verbessern.
Die Drosselfläche kann für eine verbesserte Stabilität basierend auf einem Ist-Krümmerdruck ermittelt werden, wenn der Übergangsmodus deaktiviert ist. Die Drosselfläche kann basierend auf einem Soll-Krümmerdruck ermittelt werden, wenn der Übergangsmodus aktiviert ist. Eine Nockenphasenstellerposition kann bezüglich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit optimiert werden, wenn der Übergangsmodus deaktiviert ist, und sie kann bezüglich der Drehmomentausgabe optimiert werden, wenn der Übergangsmodus aktiviert ist.
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 Einlasssystem 108 in den Motor 102 eingelassen. Lediglich beispielhaft kann das Einlasssystem 108 einen Einlasskrümmer 110 und ein Drosselventil 112 umfassen. 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 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/Kraftstoffgemischs 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 Kurbelwellendrehnung 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. Zusätzlich kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 sogar dann in der Lage sein, den Zündfunkenzeitpunkt für ein nächstes Zündungsereignis zu variieren, wenn ein Zündfunkenzeitpunktsignal 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 164 steuern. Das Ladedruck-Aktuatormodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers modulieren, indem die Position des Ladedruck-Regelventils 162 gesteuert wird. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Turbolader durch das Ladedruck-Aktuatormodul 164 gesteuert werden. Der Turbolader kann eine variable Geometrie aufweisen, die durch das Ladedruck-Aktuatormodul 164 gesteuert werden kann.
Ein Zwischenkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der 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) 170 aufweisen, das Abgas selektiv zurück zu dem Einlasskrümmer 110 zurückleitet. Das AGR-Ventil 170 kann stromaufwärts der Turbine 160-1 des Turboladers angeordnet sein. Das AGR-Ventil 170 kann durch ein AGR-Aktuatormodul 172 gesteuert werden.
Das Motorsystem 100 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (RPM) unter Verwendung eines RPM-Sensors 180 messen. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors (ECT-Sensors) 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann in dem Motor 102 oder an anderen Orten angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert, wie z.B. einem Kühler (nicht gezeigt).
Der Umgebungsluftdruck kann unter Verwendung eines Umgebungsluftdrucksensors (AAP-Sensors) 183 gemessen werden. Der Druck in dem Einlasskrümmer 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 184 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 Luftmassenströmungsrate in den Einlasskrümmer 110 kann unter Verwendung eines Luftmassenströmungssensors (MAF-Sensors) 186 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse angeordnet sein, das auch das Drosselventil 112 umfasst.
Das Drossel-Aktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 190 überwachen. Die Umgebungstemperatur der Luft, die in den Motor 102 eingelassen wird, kann unter Verwendung eines Einlassluft-Temperatursensors (IAT-Sensors) 192 gemessen werden. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
Das ECM 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 in Verbindung stehen, um Gangwechsel in einem Getriebe (nicht gezeigt) abzustimmen. Beispielsweise kann das ECM 114 das Motordrehmoment während eines Gangwechsels 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 164 und das AGR-Aktuatormodul 172 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 Fahrerdrehmomentmodul 202. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine Fahrerdrehmomentanforderung basierend auf einer Fahrereingabe von dem Fahrereingabemodul 104 ermitteln. Die Fahrereingabe kann auf einer Position eines Gaspedals basieren. Die Fahrereingabe kann auch auf einem Tempomat basieren, der ein adaptives Tempomatsystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um eine vorbestimmte Nachfolgedistanz aufrechtzuerhalten. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine oder mehrere Abbildungen der Gaspedalposition auf ein Solldrehmoment speichern, und es kann die Fahrerdrehmomentanforderung basierend auf einer ausgewählten der Abbildungen ermitteln.
Ein Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 vermittelt zwischen der Fahrerdrehmomentanforderung von dem Fahrerdrehmomentmodul 202 und anderen Achsendrehmomentanforderungen. Ein Achsendrehmoment (Drehmoment an den Rädern) kann durch verschiedene Quellen erzeugt werden, die einen Verbrennungsmotor und/oder einen Elektromotor umfassen. Die Drehmomentanforderungen können absolute Drehmomentanforderungen wie auch relative Drehmomentanforderungen und Rampenanforderungen umfassen. Lediglich beispielhaft können die Rampenanforderungen eine Anforderung umfassen, dass das Drehmoment bis zu einem minimalen Motorabschaltdrehmoment rampenartig abnimmt oder dass das Drehmoment von einem minimalen Motorabschaltdrehmoment rampenartig zunimmt. Relative Drehmomentanforderungen können vorübergehende oder dauerhafte Drehmomentverringerungen oder -zunahmen umfassen. Die Achsendrehmomentanforderungen können eine Drehmomentverringerung umfassen, die von einem Traktionssteuersystem angefordert wird, wenn ein positiver Radschlupf detektiert wird. 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 Achsendrehmomentanforderungen können auch eine Anforderung einer Drehmomentzunahme umfassen, um einem negativen Radschlupf entgegenzuwirken, bei dem ein Reifen des Fahrzeugs bezogen auf die Straßenoberfläche rutscht, da das Achsendrehmoment negativ ist.
Die Achsendrehmomentanforderungen 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 können auch von Fahrzeugstabilitätskontrollsystemen hervorgerufen werden.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 gibt eine vorausgesagte Drehmomentanforderung und eine Momentandrehmomentanforderung basierend auf den Ergebnissen einer Vermittlung zwischen den empfangenen Drehmomentanforderungen aus. Wie nachstehend beschrieben ist, können die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung 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 der Betrag des derzeitigen Soll-Achsendrehmoments, während die vorausgesagte Drehmomentanforderung der Betrag des Achsendrehmoments ist, der kurzfristig benötigt werden kann. Das ECM 114 steuert daher das Motorsystem 100, um ein Achsendrehmoment zu erzeugen, das der Momentandrehmomentanforderung gleich ist. Verschiedene Kombinationen von Aktuatorwerten können jedoch zu demselben Achsendrehmoment führen. Das ECM 114 kann daher die Aktuatorwerte steuern, um einen schnelleren Übergang zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung zu ermöglichen, während das Achsendrehmoment weiterhin bei der Momentdrehmomentanforderung gehalten wird.
Bei verschiedenen Implementierungen kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung auf der Fahrerdrehmomentanforderung basieren. Die Momentandrehmomentanforderung kann kleiner als die vorausgesagte Drehmomentanforderung sein, beispielsweise wenn die Fahrerdrehmomentanforderung auf einer vereisten Oberfläche einen Radschlupf verursacht. In einem solchen Fall kann ein Traktionssteuersystem (nicht gezeigt) eine Verringerung mittels der Momentandrehmomentanforderung anfordern, und das ECM 114 verringert das Drehmoment, das durch das Motorsystem 100 erzeugt wird, auf die Momentandrehmomentanforderung. Das ECM 114 steuert das Motorsystem 100 jedoch derart, dass das Motorsystem 100 das Erzeugen der vorausgesagten Drehmomentanforderung schnell wieder aufnehmen kann, sobald der Radschlupf aufhört.
Allgemein ausgedrückt kann die Differenz zwischen der Momentandrehmomentanforderung und der höheren vorausgesagten Drehmomentanforderung als eine Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die Drehmomentreserve repräsentiert den Betrag eines zusätzlichen Drehmoments, den das Motorsystem 100 mit einer minimalen Verzögerung zu produzieren beginnen kann. Schnelle Motoraktuatoren werden verwendet, um das momentane Achsendrehmoment zu erhöhen oder zu verringern. Nachstehend ist detaillierter beschrieben, wie die schnellen Motoraktuatoren im Gegensatz zu den 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, während die untere Grenze des Bereichs durch die Drehmomentkapazität der schnellen Motoraktuatoren begrenzt ist. Lediglich beispielhaft können die schnellen Motoraktuatoren das Achsendrehmoment nur um einen ersten Betrag verringern, wobei der erste Betrag ein Maß der Drehmomentkapazität der schnellen Aktuatoren ist. Der erste Betrag kann basierend auf Motorbetriebsbedingungen variieren, die durch die langsamen Motoraktuatoren festgelegt werden. Wenn sich die Momentandrehmomentanforderung in dem Bereich befindet, können die schnellen Motoraktuatoren eingestellt werden, um zu bewirken, dass das Achsendrehmoment gleich der Momentandrehmomentanforderung ist. Wenn das ECM 114 anfordert, dass die vorausgesagte Drehmomentanforderung ausgegeben wird, können die schnellen Motoraktuatoren gesteuert werden, um das Achsendrehmoment auf die obere Grenze des Bereichs zu verändern, welche die vorausgesagte Drehmomentanforderung ist.
Allgemein ausgedrückt können die schnellen Motoraktuatoren das Achsendrehmoment schneller verändern, als dies die langsamen Motoraktuatoren können. Die langsamen Aktuatoren können langsamer als die schnellen Motoraktuatoren 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 er benötigt, um damit zu beginnen, das Achsendrehmoment zu verändern, sobald der langsame Motoraktuator den veränderten Aktuatorwert zu implementieren beginnt. Allgemein wird diese Zeitspanne für langsame Motoraktuatoren länger als für schnelle Motoraktuatoren sein. Sogar nachdem sich das Achsendrehmoment zu verändern beginnt, kann das Achsendrehmoment zusätzlich länger benötigen, um auf eine Änderung in einem langsamen Aktuator 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 zu erzeugen, wenn die schnellen Motoraktuatoren 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 anstelle der vorausgesagten Drehmomentanforderung erzeugt.
Die schnellen Aktuatorwerte bewirken daher, dass das Motorsystem 100 die Momentandrehmomentanforderung erzeugt. Wenn das ECM 114 entscheidet, das Achsendrehmoment von der Momentandrehmomentanforderung zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung überzuleiten, ändert das ECM 114 die Aktuatorwerte für einen oder mehrere schnelle Motoraktuatoren auf Werte, die der vorausgesagten Drehmomentanforderung entsprechen. Da die Aktuatorwerte der langsamen Aktuatoren bereits basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung eingestellt wurden, ist das Motorsystem 100 in der Lage, die vorausgesagte Drehmomentanforderung nach nur einer solchen Verzögerung zu erzeugen, die den schnellen Motoraktuatoren zuzuschreiben ist. Mit anderen Worten wird die längere Verzögerung vermieden, die ansonsten aus einem Verändern des Achsendrehmoments unter Verwendung der langsamen Motoraktuatoren resultieren würde.
Lediglich beispielhaft kann dann, wenn die vorausgesagte Drehmomentanforderung gleich der Fahrerdrehmomentanforderung ist, eine Drehmomentreserve erzeugt werden, wenn die Momentandrehmomentanforderung aufgrund einer vorübergehenden Drehmoment-Verringerungsanforderung kleiner als die Fahrerdrehmomentanforderung ist. Alternativ kann eine Drehmomentreserve erzeugt werden, indem die vorausgesagte Drehmomentanforderung über die Fahrerdrehmomentanforderung hinaus erhöht wird, während die Momentandrehmomentanforderung bei der Fahrerdrehmomentanforderung gehalten wird. Die resultierende Drehmomentreserve kann plötzliche Zunahmen in dem erforderlichen Achsendrehmoment ausgleichen. Lediglich beispielhaft können plötzliche Lasten von einer Klimaanlage oder einer Servolenkungspumpe ausgeglichen werden, indem die Momentandrehmomentanforderung erhöht wird. Wenn die Zunahme der Momentandrehmomentanforderung kleiner als die Drehmomentreserve ist, kann die Zunahme schnell erzeugt werden, indem die schnellen Aktuatoren verwendet werden. Die vorausgesagte Drehmomentanforderung kann anschließend ebenso erhöht werden, um die vorhergehende Drehmomentreserve wieder herzustellen.
Eine andere beispielhafte Verwendung einer Drehmomentreserve ist es, Schwankungen in den Werten für die langsamen Aktuatoren 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 benötigen und/oder schneller abgenutzt werden können, wenn sie häufig bewegt werden. Das Erzeugen einer ausreichenden Drehmomentreserve ermöglicht, dass Änderungen in dem Solldrehmoment ausgeführt werden können, indem die schnellen Aktuatoren mittels der Momentandrehmomentanforderung variiert werden, während die Werte der langsamen Aktuatoren beibehalten werden. Um beispielsweise eine gegebene Leerlaufdrehzahl aufrechtzuerhalten, kann die Momentandrehmomentanforderung in einem Bereich variiert werden. Wenn die vorausgesagte Drehmomentanforderung auf ein Niveau oberhalb dieses Bereichs festgelegt wird, können Veränderungen in der Momentandrehmomentanforderung, welche die Leerlaufdrehzahl aufrechterhalten, unter Verwendung der schnellen Aktuatoren ohne die Notwendigkeit 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, unter Verwendung 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, wird ein maximales Drehmoment in dem Verbrennungstakt unmittelbar nach dem Zündungsereignis erzeugt. Eine Zündfunkenvorverstellung, die von dem kalibrierten Wert abweicht, kann jedoch den Drehmomentbetrag verringern, der in dem Verbrennungstakt erzeugt wird. Daher kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 in der Lage sein, das Motorausgangsdrehmoment durch ein Variieren der Zündfunkenvorverstellung zu verändern, sobald das nächste Zündungsereignis auftritt. Lediglich beispielhaft kann eine Tabelle von Zündfunkenvorverstellungen, die verschiedenen Motorbetriebsbedingungen entsprechen, während einer Kalibrierungsphase der Fahrzeugausgestaltung ermittelt werden, und der kalibrierte Wert wird basierend auf den gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen aus der Tabelle ausgewählt.
Im Gegensatz dazu benötigen Änderungen in der Drosselöffnungsfläche länger, um das Motorausgangsdrehmoment zu beeinflussen. Das Drosselaktuatormodul 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 Drosselventilöffnung 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, eine vorausgesagte Drehmomentanforderung zu erzeugen. In der Zwischenzeit kann der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf einer Momentandrehmomentanforderung eingestellt werden, die kleiner als die vorgesagte Drehmomentanforderung ist. Obwohl die Drosselöffnungsfläche eine ausreichende Luftströmung für den Motor 102 erzeugt, um die vorausgesagte Drehmomentanforderung zu erzeugen, wird der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf der Momentandrehmomentanforderung nach spät verstellt (was das Drehmoment verringert). Das Motorausgangsdrehmoment wird daher gleich der Momentandrehmomentanforderung sein.
Wenn ein zusätzliches Drehmoment erforderlich ist, beispielsweise wenn der Klimaanlagenkompressor gestartet wird oder wenn die Traktionssteuerung ermittelt, dass ein Radschlupf aufgehört hat, kann der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung eingestellt werden. 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 erhöht werden, ohne dass Verzögerungen aufgrund des Änderns der Drosselöffnungsfläche wahrgenommen 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 164 können Emissionsaktuatoren sein. Auf diese Weise kann die Kraftstoffmasse basierend auf der Momentdrehmomentanforderung festgelegt werden, und die Drosselöffnungsfläche und der Ladedruck können basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung festgelegt werden. Die Drosselöffnungsfläche kann mehr Luftströmung erzeugen, als notwendig ist, um die vorausgesagte Drehmomentanforderung 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 sein, und es kann durch das Einstellen der Kraftstoffströmung erhöht oder verringert werden.
Das Drossel-Aktuatormodul 116, das Ladedruck-Aktuatormodul 164 und das AGR-Aktuatormodul 172 können basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung gesteuert werden, um Emissionen zu steuern und ein Turboloch zu minimieren. Das Drossel-Aktuatormodul 116 kann einen Unterdruck erzeugen, um Abgase durch das AGR-Ventil 170 und in den Einlasskrümmer 110 zu saugen.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung an ein Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 ausgeben. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung an ein Hybridoptimierungsmodul 208 ausgeben. Das Hybridoptimierungsmodul 208 ermittelt, 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 und eine modifizierte Momentandrehmomentanforderung an das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 aus. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Hybridoptimierungsmodul 208 in dem Hybridsteuermodul 196 implementiert werden.
Die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung, die von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 empfangen werden, werden von einer Achsendrehmomentdomäne (Drehmoment an den Rädern) in eine Antriebsdrehmomentdomäne (Drehmoment an der Kurbelwelle) umgewandelt. Diese Umwandlung kann vor oder nach dem Hybridsteuermodul 208, als Teil von diesem oder an dessen Stelle auftreten.
Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 vermittelt zwischen Antriebsdrehmomentanforderungen, einschließlich der umgewandelten vorausgesagten Drehmomentanforderung und der umgewandelten Momentandrehmomentanforderung. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 erzeugt eine vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung und eine vermittelte Momentandrehmomentanforderung. Die vermittelten Drehmomentanforderungen können erzeugt werden, indem eine gewinnende Anforderung unter den empfangenen Anforderungen ausgewählt wird. Alternativ oder zusätzlich können die vermittelten Drehmomentanforderungen erzeugt werden, indem eine der empfangenen Anforderungen basierend auf einer oder mehreren anderen der empfangenen Anforderungen modifiziert wird.
Die anderen Antriebsdrehmomentanforderungen 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 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) der Motordrehzahl zu verhindern.
Die Antriebsdrehmomentanforderungen 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 als die vermittelten Drehmomente 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.
Ein Drehzahlsteuermodul 210 kann ebenfalls eine vorausgesagte Drehmomentanforderung und eine Momentandrehmomentanforderung an das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 ausgeben. Die Drehmomentanforderungen von dem Drehzahlsteuermodul 210 können bei der Vermittlung vorherrschen, wenn sich das ECM 114 in einem Drehzahlmodus befindet. Der Drehzahlmodus kann ausgewählt werden, wenn der Fahrer seinen Fuß von dem Gaspedal entfernt, beispielsweise wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet oder von einer höheren Geschwindigkeit ausrollt. Alternativ oder zusätzlich kann der Drehzahlmodus aktiviert werden, wenn die vorausgesagte Drehmomentanforderung von dem Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 kleiner als ein vorbestimmter Drehmomentwert ist.
Das Drehzahlsteuermodul 210 empfängt eine Istdrehzahl und eine Solldrehzahl von einem Drehzahl-Trajektorienmodul 212 und steuert die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung, um die Differenz zwischen der Istdrehzahl und der Solldrehzahl zu verringern. Lediglich beispielhaft kann das Drehzahl-Trajektorienmodul 212 eine linear abnehmende Solldrehzahl für ein Ausrollen des Fahrzeugs ausgeben, bis eine Leerlaufdrehzahl erreicht ist. Das Drehlzahl-Trajektorienmodul 212 kann dann damit fortfahren, die Leerlaufdrehzahl als die Solldrehzahl auszugeben. In dem vorstehenden Beispiel kann eine linear abnehmende Solldrehzahl als eine Referenzdrehzahl bezeichnet werden, und die Leerlaufdrehzahl kann als eine Solldrehzahl bezeichnet werden. Das Drehzahlsteuermodul 210 kann sowohl die Referenzdrehzahl als auch die Solldrehzahl von dem Drehzahl-Trajektorienmodul 212 empfangen.
Ein Reserven/Lastenmodul 220 empfängt die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung anpassen, um eine Drehmomentreserve zu erzeugen und/oder eine oder mehrere Lasten zu kompensieren. Das Reserven/Lastenmodul 220 gibt anschließend die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung und die angepasste Momentandrehmomentanforderung an ein Betätigungsmodul 224 aus. Das Betätigungsmodul 224 kann als ein Motorbetriebssteuermodul bezeichnet werden.
Lediglich beispielhaft kann ein Katalysator-Anspringprozess oder ein Prozess zur Verringerung von Kaltstartemissionen erfordern, dass die Zündfunkenvorverstellung nach spät verstellt wird. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann daher die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung über die angepasste Momentandrehmomentanforderung hinaus erhöhen, um einen nach spät verstellten Zündfunken 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 oder erhöhen, 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 erhöhen, während die angepasste Momentandrehmomentanforderung unverändert belassen wird, um die Drehmomentreserve zu erzeugen. Dann, wenn die A/C-Kompressorkupplung einrückt, kann das Reserven/Lastenmodul 220 die Momentandrehmomentanforderung um die geschätzte Last der A/C-Kompressorkupplung erhöhen.
Das Betätigungsmodul 224 empfängt die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung und die angepasste Momentandrehmomentanforderung von dem Reserven/Lastenmodul 220. Das Betätigungsmodul 224 ermittelt, wie die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung und die angepasste Momentandrehmomentanforderung erreicht werden. Das Betätigungsmodul 224 kann für den Motortyp spezifisch sein. Beispielsweise kann das Betätigungsmodul 224 für Motoren mit Funkenzündung gegenüber Motoren mit Kompressionszündung unterschiedlich implementiert werden oder unterschiedliche Steuerschemata verwenden.
Bei verschiedenen Implementierungen kann das Betätigungsmodul 224 die 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 solche mit Funkenzündung und 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.
Beispielsweise kann das Betätigungsmodul 224 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 basierend auf der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung erzeugen. Die Luftdrehmomentanforderung kann der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung gleich sein und die Luftströmung derart einstellen, dass die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung durch Änderungen der anderen Aktuatoren erreicht werden kann.
Ein Luftsteuermodul 228 kann Soll-Aktuatorwerte basierend auf der Luftdrehmomentanforderung ermitteln. Beispielsweise kann das Luftsteuermodul 228 den Soll-Krümmerabsolutdruck (Soll-MAP), die Soll-Drosselfläche und/oder die Soll-Luft pro Zylinder (Soll-APC) steuern. Der Soll-MAP kann verwendet werden, um einen Soll-Ladedruck zu ermitteln, und die Soll-APC kann verwendet werden, um Soll-Nockenphasenstellerpositionen zu ermitteln. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Luftsteuermodul 228 auch einen Betrag des Öffnens des AGR-Ventils 170 ermitteln.
Das Betätigungsmodul 224 kann auch eine Zündfunken-Drehmomentanforderung, eine Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung und eine Kraftstoffmassen-Drehmomentanforderung erzeugen. Die Zündfunken-Drehmomentanforderung kann von einem Zündfunkensteuermodul 232 verwendet werden, um zu ermitteln, wie viel der Zündfunken bezogen auf eine kalibrierte Zündfunkenvorverstellung nach spät verstellt werden soll (was das Motorausgangsdrehmoment verringert).
Die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung kann von einem Zylindersteuermodul 236 verwendet werden, um zu ermitteln, wie viele Zylinder deaktiviert werden sollen. Das Zylindersteuermodul 236 kann das Zylinder-Aktuatormodul 120 anweisen, einen oder mehrere Zylinder des Motors 102 zu deaktivieren. Bei verschiedenen Implementierungen kann eine vordefinierte Gruppe von Zylindern gemeinsam deaktiviert werden.
Das Zylindersteuermodul 236 kann auch ein Kraftstoffsteuermodul 240 anweisen, die Kraftstofflieferung an die deaktivierten Zylinder zu stoppen, und es kann das Zündfunkensteuermodul 232 anweisen, die Lieferung des Zündfunkens an die deaktivierten Zylinder zu stoppen. Bei verschiedenen Implementierungen stoppt das Zündfunkensteuermodul 232 die Lieferung des Zündfunkens für einen Zylinder nur, sobald ein beliebiges Luft/Kraftstoffgemisch, das bereits in dem Zylinder vorhanden war, 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 Kraftstoffzufuhr zu diesen Zylindern einfach gestoppt 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 von dem Betätigungsmodul 224 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 Kraftstoffströmung basierend auf der Luftströmung gesteuert wird. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann eine Kraftstoffmasse ermitteln, die eine stöchiometrische Verbrennung ergeben wird, wenn sie mit der momentanen Luft pro Zylinder kombiniert wird. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 mittels der Kraftstoffzufuhrrate anweisen, diese Kraftstoffmasse für jeden aktivierten Zylinder einzuspritzen.
Bei Systemen mit Kompressionszündung kann das Kraftstoffsteuermodul 240 in einem kraftstoffgeführten Modus arbeiten, bei dem das Kraftstoffsteuermodul 240 eine Kraftstoffmasse für jeden Zylinder ermittelt, welche die Kraftstoff-Drehmomentanforderung 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.
Eine Moduseinstellung kann ermitteln, wie das Betätigungsmodul 224 die angepasste Momentandrehmomentanforderung behandelt. Die Moduseinstellung kann an das Betätigungsmodul 224 geliefert werden, beispielsweise von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206, und sie kann Modi auswählen, die einen inaktiven Modus, einen Komfortmodus, eines Maximalbereichsmodus und einen Selbstbetätigungsmodus umfassen.
In dem inaktiven Modus kann das Betätigungsmodul 224 die angepasste Momentandrehmomentanforderung ignorieren und das Motorausgangsdrehmoment basierend auf der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung einstellen.
Das Betätigungsmodul 224 kann daher die Zündfunken-Drehmomentanforderung, die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung und die Kraftstoffmassen-Drehmomentanforderung auf die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung einstellen, was das Motorausgansdrehmoment für die gegenwärtigen Motorluftströmungsbedingungen maximiert. Alternativ kann das Betätigungsmodul 224 diese Anforderungen auf vorbestimmte (beispielsweise unerreichbar hohe) Werte einstellen, um Drehmomentverringerungen durch die Zündfunkenverstellung nach spät, das Deaktivieren von Zylindern oder das Verringern des Kraftstoff/Luftverhältnisses auszuschließen.
In dem Komfortmodus gibt das Betätigungsmodul 224 die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung als die Luftdrehmomentanforderung aus und versucht, die angepasste Momentandrehmomentanforderung zu erreichen, indem nur die Zündfunkenvorverstellung angepasst wird. Das Betätigungsmodul 224 gibt daher die angepasste Momentandrehmomentanforderung als die Zündfunken-Drehmomentanforderung aus. Das Zündfunkensteuermodul 232 wird den Zündfunken so weit wie möglich nach spät verstellen, um zu versuchen, die Zündfunken-Drehmomentanforderung zu erreichen. Wenn die Verringerung des Solldrehmoments größer als die Zündfunkenreservekapazität ist (der Betrag der durch die Zündfunkenverstellung nach spät erreichbaren Drehmomentverringerung), kann die Drehmomentverringerung nicht erreicht werden. Das Motorausgangsdrehmoment ist anschließend größer als die angepasste Momentandrehmomentanforderung.
In dem Maximalbereichsmodus kann das Betätigungsmodul 224 die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung als die Luftdrehmomentanforderung und die angepasste Momentandrehmomentanforderung als die Zündfunken-Drehmomentanforderung ausgeben. Zusätzlich kann das Betätigungsmodul 224 eine Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung erzeugen (wodurch Zylinder deaktiviert werden), wenn die Verringerung der Zündfunkenvorverstellung alleine nicht in der Lage ist, die angepasste Momentandrehmomentanforderung zu erreichen.
In dem Selbstbetätigungsmodus kann das Betätigungsmodul 224 die Luftdrehmomentanforderung basierend auf der angepassten Momentandrehmomentanforderung verringern. Bei verschiedenen Implementierungen kann die Luftdrehmomentanforderung nur so weit verringert werden, wie es notwendig ist, um dem Zündfunkensteuermodul 232 zu erlauben, die angepasste Momentandrehmomentanforderung durch ein Anpassen der Zündfunkenvorverstellung zu erreichen. Daher wird die angepasste Momentandrehmomentanforderung in dem Selbstbetätigungsmodus erreicht, während die Luftdrehmomentanforderung so wenig wie möglich angepasst wird. Mit anderen Worten wird die Verwendung des relativ langsam ansprechenden Drosselventils minimiert, indem die schnell ansprechende Zündfunkenvorverstellung so weit wie möglich verringert wird. Dies ermöglicht dem Motor 102, so schnell wie möglich zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung zurückzukehren.
Ein Drehmomentschätzmodul 244 kann die Drehmomentabgabe des Motors 102 schätzen. Dieses geschätzte Drehmoment kann von dem Luftsteuermodul 228 verwendet werden, um eine Regelung der Motorluftströmungsparameter, wie z.B. der Drosselfläche, des MAP und der Phasenstellerpositionen, auszuführen. Beispielsweise kann eine Drehmomentbeziehung wie z.B. $T = f (APC, S, I, E, AF, OT, #)$
definiert werden, wobei das Drehmoment (T) eine Funktion der Luft pro Zylinder (APC), der Zündfunkenvorverstellung (S), der Einlass-Nockenphasenstellerposition (I), der Auslass-Nockenphasenstellerposition (E), des Luft/Kraftstoffverhältnisses (AF), der Öltemperatur (OT) und der Anzahl der aktivierten Zylinder (#) ist. Zusätzliche Variablen können ebenso berücksichtigt werden, wie z.B. der Öffnungsgrad eines Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils).
Diese Beziehung kann durch eine Gleichung modelliert und/oder als eine Nachschlagetabelle gespeichert werden. Das Drehmomentschätzmodul 244 kann die APC basierend auf der gemessenen MAF und der gegenwärtigen RPM ermitteln, wodurch eine Luftregelung basierend auf der Ist-Luftströmung ermöglicht wird. Die verwendeten Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerpositionen können auf Ist-Positionen basieren, wenn sich die Phasensteller zu den Soll-Positionen bewegen können.
Die Ist-Zündfunkenvorverstellung kann verwendet werden, um das Ist-Motorausgangsdrehmoment zu schätzen. Wenn ein kalibrierter Zündfunkenvorverstellungswert verwendet wird, um das Drehmoment zu schätzen, kann das geschätzte Drehmoment als ein geschätztes Luftdrehmoment oder einfach als Luftdrehmoment bezeichnet werden. Das Luftdrehmoment ist eine Schätzung, wie viel Drehmoment der Motor 102 bei der gegenwärtigen Luftströmung erzeugen könnte, wenn die Zündfunkenverstellung nach spät aufgehoben werden würde (d.h. der Zündfunkenzeitpunkt auf den kalibrierten Zündfunkenvorverstellungswert eingestellt werden würde) und allen Zylindern Kraftstoff zugeführt werden würde.
Das Luftsteuermodul 228 kann eine Soll-Drosselfläche an das Drossel-Aktuatormodul 116 ausgeben. Das Drossel-Aktuatormodul 116 regelt dann das Drosselventil 112, um die Soll-Drosselfläche zu erzeugen. Das Luftsteuermodul 228 kann die Soll-Drosselfläche basierend auf einem inversen Drehmomentmodell und der Luftdrehmomentanforderung erzeugen. Das Luftsteuermodul 228 kann das geschätzte Luftdrehmoment und/oder das MAF-Signal verwenden, um eine Regelung auszuführen. Beispielsweise kann das Soll-Positionssignal gesteuert werden, um eine Differenz zwischen dem geschätzten Luftdrehmoment und der Luftdrehmomentanforderung zu minimieren.
Das Luftsteuermodul 228 kann ein Soll-Krümmerabsolutdrucksignal (Soll-MAP-Signal) an ein Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 ausgegeben. Das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 verwendet das Soll-MAP-Signal, um das Ladedruck-Aktuatormodul 164 zu steuern. Das Ladedruck-Aktuatormodul 164 steuert dann einen oder mehrere Turbolader (z.B. den Turbolader, der die Turbine 160-1 und den Kompressor 160-2 umfasst) und/oder Turbokompressoren.
Das Luftsteuermodul 228 kann auch ein Soll-Luft-pro-Zylinder-Signal (Soll-APC-Signal) an ein Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 ausgegeben. Basierend auf dem Soll-APC-Signal 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, können die kalibrierten Zündfunkenvorverstellungswerte basierend auf verschiedenen Motorbetriebsbedingungen variieren. Lediglich beispielhaft kann eine Drehmomentbeziehung invertiert werden, um diese nach der Soll-Zündfunkenvorverstellung aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (T_des ) kann die Soll-Zündfunkenvorverstellung (S_des ) ermittelt werden basierend auf $S_{des} = f^{- 1} (T_{des}, APC, I, E, AF, OT, #) .$
Diese Beziehung kann durch eine Gleichung und/oder durch eine Nachschlagetabelle verkörpert werden. Das Luft/Kraftstoffverhältnis kann das Ist-Luft/Kraftstoffverhältnis sein, wie es von dem Kraftstoffsteuermodul 240 angegeben wird.
Wenn die Zündfunkenvorverstellung auf die kalibrierte Zündfunkenvorverstellung eingestellt wird, kann das resultierende Drehmoment so nahe wie möglich bei einem mittleren Bestdrehmoment (MBT) liegen. Das MBT bezieht sich auf das maximale Motorausgangsdrehmoment, das für eine gegebene Luftströmung erzeugt wird, wenn die Zündfunkenvorverstellung erhöht wird, während Kraftstoff mit einer Oktanzahl größer als ein vorbestimmter Schwellenwert und eine stöchiometrische Kraftstoffzufuhr verwendet werden. Die Zündfunkenvorverstellung, bei der dieses maximale Drehmoment auftritt, wird als ein MBT-Zündfunken bezeichnet. Die kalibrierte Zündfunkenvorverstellung kann sich beispielsweise aufgrund der Kraftstoffqualität (wenn beispielsweise Kraftstoff mit geringerer Oktanzahl verwendet wird) und aufgrund von Umweltfaktoren von dem MBT-Zündfunken leicht unterscheiden. Das Drehmoment bei der kalibrierten Zündfunkenvorverstellung kann daher kleiner als das MBT sein.
Nun auf 3 Bezug nehmend, umfasst eine beispielhafte Implementierung des Drehzahl-Trajektorienmoduls 212 ein Istdrehzahl-Ermittlungsmodul 302, ein Solldrehzahl-Ermittlungsmodul 304 und ein Referenzdrehzahl-Ermittlungsmodul 306. Das Istdrehzahl-Ermittlungsmodul 302 ermittelt eine Istdrehzahl des Motors 102 während jeder Zündungszeitdauer des Motors 102. Eine Zündungszeitdauer ist eine Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Zündungsereignissen. Das Istdrehzahl-Ermittlungsmodul 302 kann die Istdrehzahl ermitteln, indem eine Eingabe abgetastet wird, die für jede Zündungszeitdauer von den RPM-Sensor 180 empfangen wird.
Das Solldrehzahl-Ermittlungsmodul 304 ermittelt eine Solldrehzahl des Motors 102 basierend auf einer oder mehreren bekannten Lasten, die auf den Motor 102 ausgeübt werden. Eine bekannte Last ist eine Last, die dem ECM 114 bekannt ist, bevor die Last ausgeübt wird. Umgekehrt ist eine unbekannte Last eine Last, die für das ECM 114 unbekannt ist, bevor die Last ausgeübt wird. Unbekannte Lasten können Lasten umfassen, die durch eine Servolenkungspumpe (nicht gezeigt) ausgeübt werden und die als Servolenkungslasten bezeichnet werden. Die unbekannten Lasten können Lasten umfassen, die durch den Elektromotor 198 ausgeübt werden und die als Generatorlasten bezeichnet werden können.
Die bekannten Lasten können Lasten umfassen, die durch das Getriebe ausgeübt werden und die als Getriebelasten bezeichnet werden können. Das Solldrehzahl-Ermittlungsmodul 304 kann die bekannten Lasten von anderen Modulen in dem ECM 114 und/oder von Modulen außerhalb des ECM 114 empfangen. Beispielsweise kann das Solldrehzahl-Ermittlungsmodul 304 die Getriebelasten von dem Getriebesteuermodul 194 empfangen.
Das Solldrehzahl-Ermittlungsmodul 304 kann die Solldrehzahl auf eine Leerlaufdrehzahl setzen, wenn der Drehzahlmodus aktiviert wird. Wie vorstehend diskutiert wurde, kann der Drehzahlmodus aktiviert werden, wenn der Fahrer seinen Fuß von dem Gaspedal entfernt, wie beispielsweise dann, wenn sich der Motor 102 im Leerlauf befindet oder wenn das Fahrzeug von einer höheren Geschwindigkeit ausrollt. Das Solldrehzahl-Ermittlungsmodul 304 kann die Solldrehzahl auf eine Drehzahl erhöhen, die größer als die Leerlaufdrehzahl ist, bevor eine bekannte Last ausgeübt wird, um ein Abwürgen des Motors 102 zu verhindern.
Das Referenzdrehzahl-Ermittlungsmodul 306 ermittelt eine Referenzdrehzahl basierend auf der Istdrehzahl und der Solldrehzahl. Wie vorstehend diskutiert wurde, kann das Drehzahl-Trajektorienmodul 212 eine linear abnehmende Solldrehzahl für ein Ausrollen eines Fahrzeugs ausgeben, bis die Leerlaufdrehzahl erreicht ist, und die linear abnehmende Solldrehzahl kann als eine Referenzdrehzahl bezeichnet werden. Obwohl die Referenzdrehzahl als linear abnehmend beschrieben ist, kann die Referenzdrehzahl auf eine nichtlineare Weise in die Leerlaufdrehzahl übergehen, und die Referenzdrehzahl kann zunehmen, wenn die Referenzdrehzahl in die Leerlaufdrehzahl übergeht. Wenn die Istdrehzahl gleich der Leerlaufdrehzahl ist, kann die Referenzdrehzahl auf die Solldrehzahl gesetzt werden. Das Istdrehzahl-Ermittlungsmodul 302, das Solldrehzahl-Ermittlungsmodul 304 und das Referenzdrehzahl-Ermittlungsmodul 306 geben die Istdrehzahl, die Solldrehzahl bzw. die Referenzdrehzahl aus.
Nun auf 4 Bezug nehmend, umfasst eine beispielhafte Implementierung des Drehzahlsteuermoduls 210 ein Änderungsraten-Ermittlungsmodul 402, ein Übergangsmodus-Aktivierungsmodul 404, ein erstes Ratenermittlungsmodul 406 und ein Rangierumschaltungs-Ermittlungsmodul 408. Das Änderungsraten-Ermittlungsmodul 402 ermittelt eine Änderungsrate der Istdrehzahl des Motors 102. Das Änderungsraten-Ermittlungsmodul 402 kann die Änderungsrate ermitteln, indem eine Differenz zwischen einer momentanen Motordrehzahl und einer vorhergehenden Motordrehzahl ermittelt wird und indem anschließend die Differenz durch eine Motordrehzahl-Abtastungszeitdauer dividiert wird. Das Änderungsraten-Ermittlungsmodul 402 gibt die Änderungsrate aus.
Das Übergangsmodus-Aktivierungsmodul 404 aktiviert einen Übergangsmodus, wenn eine erste Bedingung erfüllt ist. Die erste Bedingung kann erfüllt sein, wenn die Änderungsrate größer als eine erste Rate ist und ein Druckverhältnis über ein Drosselventil 112 größer als ein erstes Verhältnis ist. Das Übergangsmodus-Aktivierungsmodul 404 kann darauf verzichten, den Übergangsmodus zu aktivieren, wenn der Übergangsmodus für weniger als eine erste Zeitdauer deaktiviert wurde. Die erste Zeitdauer kann vorbestimmt sein, und sie kann auf einer Verzögerungszeitdauer von einer ersten Zeit, zu der die Drosselfläche erhöht wird, bis zu einer zweiten Zeit basieren, zu welcher der Krümmerabsolutdruck in Ansprechen auf die Erhöhung der Drosselfläche zunimmt. Das Übergangsmodus-Aktivierungsmodul 404 gibt ein Signal aus, das angibt, dass der Übergangsmodus aktiviert ist.
Das Druckverhältnis über das Drosselventil 112 ist ein Verhältnis des Umgebungsluftdrucks zu dem Krümmerabsolutdruck. Das Übergangsmodus-Aktivierungsmodul 404 kann das Druckverhältnis basierend auf einer Eingabe ermitteln, die von dem AAP-Sensor 183 und dem MAP-Sensor 184 empfangen wird. Alternativ kann das Übergangsmodus-Aktivierungsmodul 404 das Druckverhältnis von einem Druckverhältnis-Ermittlungsmodul (nicht gezeigt) empfangen.
Das erste Ratenermittlungsmodul 406 ermittelt die erste Rate basierend auf der Referenzdrehzahl, einer oder mehreren Nebenaggregatslasten und/oder basierend darauf, ob ein Rangierschalten durchgeführt wird. Die Nebenaggregatslasten können Lasten umfassen, die durch eine A/C-Kompressorkupplung und/oder durch eine Servolenkungspumpe verursacht werden. Ein Rangierschalten ist eine Umschaltung von Parken oder Neutral auf Fahren oder Rückwärts. Das erste Ratenermittlungsmodul 406 kann die erste Rate verringern, wenn die Referenzdrehzahl abnimmt, wenn die Nebenaggregatslasten zunehmen und/oder wenn ein Rangierschalten durchgeführt wird. Das erste Ratenermittlungsmodul 406 gibt die erste Rate aus.
Das Rangierumschaltungs-Ermittlungsmodul 408 ermittelt beispielsweise basierend auf einer Position einer Gangschalteinrichtung, ob ein Rangierschalten durchgeführt wird. Das Rangierumschaltungs-Ermittlungsmodul 408 kann die Position der Gangschalteinrichtung von einem Gangschalteinrichtungs-Positionssensor (GSP-Sensor, nicht gezeigt) empfangen, der die Position der Gangschalteinrichtung misst. Zusätzlich oder alternativ kann das Rangierumschaltungs-Ermittlungsmodul 408 basierend auf einer Eingabe ermitteln, die von dem Getriebesteuermodul 194 empfangen wird, ob ein Rangierschalten durchgeführt wird. Das Rangierumschaltungs-Ermittlungsmodul 408 gibt ein Signal aus, das angibt, ob ein Rangierschalten durchgeführt wird.
Ein Proportionalverstärkungs-Ermittlungsmodul 410 und eine Integralverstärkungs-Ermittlungsmodul 412 ermitteln eine Proportionalverstärkung bzw. eine Integralverstärkung. Die Proportionalverstärkung kann eine vorausgesagte Proportionalverstärkung und eine Momentan-Proportionalverstärkung umfassen. Ein Momentandrehmoment-Ermittlungsmodul 414 und ein Modul 416 zur Ermittlung des vorausgesagten Drehmoments können das Momentandrehmoment bzw. das vorausgesagte Drehmoment ermitteln, die durch das Drehzahlsteuermodul 210 ausgegeben werden. Das Momentandrehmoment-Ermittlungsmodul 414 und das Modul 416 zur Ermittlung des vorausgesagten Drehmoments können das Momentandrehmoment und das vorausgesagte Drehmoment basierend auf der Proportionalverstärkung und der Integralverstärkung ermitteln.
Das Modul 416 zur Ermittlung des vorausgesagten Drehmoments kann das vorausgesagte Drehmoment (T_pr ) basierend auf einem Nullpedal-Drehmoment (ZPT), den Nebenaggregatslasten (L_acc ), der Integralverstärkung (I) und der vorausgesagten Proportionalverstärkung (P_pr ) unter Verwendung der folgenden Beziehung ermitteln: $T_{pr} = ZPT + L_{acc} + I + P_{pr} .$
Das Nullpedal-Drehmoment kann der minimale Betrag des Drehmoments sein, der ein Abwürgen des Motors verhindert, wenn der Fahrer seinen Fuß vom Gaspedal entfernt.
Das Momentandrehmoment-Ermittlungsmodul 414 kann das Momentandrehmoment unter Verwendung verschiedener Beziehungen in Abhängigkeit davon ermitteln, ob der Motor 102 ein Motor mit Funkenzündung oder ein Motor mit Kompressionszündung ist. Für einen Motor mit Kompressionszündung kann das Momentandrehmoment-Ermittlungsmodul 414 das Momentandrehmoment (T_im ) basierend auf dem Nullpedal-Drehmoment (ZPT), der Integralverstärkung (I) und der Momentan-Proportionalverstärkung (P_im ) unter Verwendung der folgenden Beziehung ermitteln: $T_{im} = ZPT + I + P_{im} .$
Für einen Motor mit Funkenzündung kann das Momentandrehmoment-Ermittlungsmodul 414 das Momentandrehmoment (T_im ) basierend auf dem Nullpedal-Drehmoment (ZPT), einer gefilterten Integralverstärkung (I_f ) und der Momentan-Proportionalverstärkung (P_im ) unter Verwendung der folgenden Beziehung ermitteln: $T_{im} = ZPT + I_{f} + P_{im} .$
Die gefilterte Integralverstärkung kann ermittelt werden, indem ein Verzögerungsfilter erster Ordnung auf die Integralverstärkung angewendet wird. Beispielsweise kann die gefilterte Integralverstärkung (I_f ) basierend auf einer gegenwärtigen Integralverstärkung (I_prs ), einer vorhergehenden Integralverstärkung (I_prv ) und einer Filterkonstante (K_f1 ) unter Verwendung der folgenden Beziehung ermittelt werden: $I_{f} = I_{prv} + K_{f1} * (I_{prs} - I_{prv}) .$
Das Proportionalverstärkungs-Ermittlungsmodul 410 kann die vorgesagte Proportionalverstärkung (P_pr ) basierend auf der Istdrehzahl (N), der Referenzdrehzahl (N_ref ), der Änderungsrate der Istdrehzahl (N), vorausgesagten Proportionalitätskonstanten (KP_pr1 und KP_pr2 ) und einer vorausgesagten Übergangskonstante (KT_pr ) unter Verwendung der folgenden Beziehung ermitteln: $P_{pr} = {KP}_{pr1} * f (N - N_{ref}) * {KP}_{pr2} * f (N_{des}, N) * {KT}_{pr} .$
Diese Beziehung kann als eine Gleichung und/oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert werden.
Das Proportionalverstärkungs-Ermittlungsmodul 410 kann die Momentan-Proportionalverstärkung (P_im ) basierend auf der Istdrehzahl (N), der Referenzdrehzahl (N_ref ), der Änderungsrate der Istdrehzahl (N), Momentan-Proportionalitätskonstanten (KP_im1 und KP_im2 ) und einer Momentan-Übergangskonstante (KT_im ) unter Verwendung der folgenden Beziehung ermitteln: $P_{im} = {KP}_{im1} * f (N - N_{ref}) * {KP}_{im2} * f (N_{des}, N) * {KT}_{im} .$
Diese Beziehung kann als eine Gleichung und/oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert werden.
Das Integralverstärkungs-Ermittlungsmodul 412 kann die Integralverstärkung (I) basierend auf der Istdrehzahl (N), der Referenzdrehzahl (N), der Änderungsrate der Istdrehzahl (N) und einer Integralkonstante (KI) unter Verwendung der folgenden Beziehung ermitteln: $I = KI*f (N - N_{ref}) * f (N_{des}, N) .$
Diese Beziehung kann als eine Gleichung und/oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert werden.
Das Proportionalverstärkungs-Ermittlungsmodul 410 gibt die Proportionalverstärkung aus, welche die vorausgesagte Proportionalverstärkung und die Momentan-Proportionalverstärkung umfasst. Das Integralverstärkungs-Ermittlungsmodul 412 gibt die Integralverstärkung aus. Das Momentandrehmoment-Ermittlungsmodul 414 gibt das Momentandrehmoment aus. Das Modul 416 zur Ermittlung des vorausgesagten Drehmoments gibt das vorausgesagte Drehmoment aus.
Nun auf 5 Bezug nehmend, umfasst eine beispielhafte Implementierung des Luftsteuermoduls 228 ein Proportionalverstärkungs-Ermittlungsmodul 502, eine Integralverstärkungs-Ermittlungsmodul 504 und ein Solldrehmoment-Ermittlungsmodul 506. Das Proportionalverstärkungs-Ermittlungsmodul 502 ermittelt eine Proportionalverstärkung, und das Integralverstärkungs-Ermittlungsmodul 504 ermittelt eine Integralverstärkung. Das Solldrehmoment-Ermittlungsmodul 506 ermittelt ein Solldrehmoment basierend auf der Proportionalverstärkung und/oder basierend auf der Integralverstärkung.
Das Solldrehmoment-Ermittlungsmodul 506 kann das Solldrehmoment während Übergangsbedingungen, beispielsweise dann, wenn die Änderungsrate der Istdrehzahl größer als die erste Rate ist, basierend auf der Proportionalverstärkung und der Integralverstärkung ermitteln. Beispielsweise kann das Solldrehmoment-Ermittlungsmodul 506 das Solldrehmoment (T_des ) basierend auf der Proportionalverstärkung (P), der Integralverstärkung (I) und dem vorausgesagten Drehmoment (T_pr ), das durch das Drehzahlsteuermodul 210 ausgegeben wird, unter Verwendung der folgenden Beziehung ermitteln: $T_{des} = T_{pr} + P + I .$
Das Solldrehmoment-Ermittlungsmodul 506 kann das Solldrehmoment während stationärer Bedingungen, beispielsweise dann, wenn die Änderungsrate der Istdrehzahl kleiner als die erste Rate oder gleich dieser ist, basierend auf der Proportionalverstärkung, aber nicht basierend auf der Integralverstärkung ermitteln. Beispielsweise kann das Solldrehmoment-Ermittlunsmodul 506 das Solldrehmoment (T_des ) basierend auf der Proportionalverstärkung (P) und dem vorausgesagten Drehmoment (T_pr ) unter Verwendung der folgenden Beziehung ermitteln: $T_{des} = T_{pr} + P .$
Das Proportionalverstärkungs-Ermittlungsmodul 502 kann die Proportionalverstärkung (P) basierend auf dem vorausgesagten Drehmoment (T_pr ), einem Istdrehmoment (T_act ) und einer Proportionalitätskonstante (KP) unter Verwendung der folgenden Beziehung ermitteln: $P = KP*f (T_{pr} - T_{act}) .$
Diese Beziehung kann als eine Gleichung und/oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert werden. Das Istdrehmoment kann das geschätzte Drehmoment sein, das durch das Drehmomentschätzmodul 244 ausgegeben wird.
Das Integralverstärkungs-Ermittlungsmodul 504 kann die Integralverstärkung (I) basierend auf dem vorausgesagten Drehmoment (T_pr ), dem Istdrehmoment (T_act ) und einer Integralkonstante (Kl) unter Verwendung der folgenden Beziehung ermitteln: $I = KI*f (T_{pr} - T_{act}) .$
Diese Beziehung kann als eine Gleichung und/oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert werden.
Das Proportionalverstärkungs-Ermittlungsmodul 502 gibt die Proportionalverstärkung aus. Das Integralverstärkungs-Ermittlungsmodul 504 gibt die Integralverstärkung aus. Das Solldrehmoment-Ermittlungsmodul 506 gibt das Solldrehmoment aus. Ein Soll-MAP-Ermittlungsmodul 508, ein Drosselflächen-Ermittlungsmodul 510 und ein Soll-APC-Ermittlungsmodul 512 ermitteln jeweils den Soll-MAP, die Drosselfläche und die Soll-APC, die durch das Luftsteuermodul 228 ausgegeben werden. Das Soll-MAP-Ermittlungsmodul 508, das Drosselflächen-Ermittlungsmodul 510 und das Soll-APC-Ermittlungsmodul 512 kann diese Ermittlungen basierend auf dem Solldrehmoment beispielsweise unter Verwendung einer inversen Drehmomentbeziehung ausführen. Das Soll-MAP-Ermittlungsmodul 508 kann den Soll-MAP (MAP_des ) basierend auf dem Solldrehmoment (T_des ) und der Zündfunkenvorverstellung (S) unter Verwendung der folgenden Beziehung ermitteln: ${MAP}_{des} = f^{- 1} (T_{des}, S)$
Das Soll-APC-Ermittlungsmodul 512 kann die Soll-APC basierend auf dem Solldrehmoment (T_des ), der Istdrehzahl (N) und der Zündfunkenvorverstellung (S) unter Verwendung der folgenden Beziehung ermitteln: ${APC}_{des} = f^{- 1} (T_{des}, N, S)$
Diese Beziehung kann als eine Gleichung und/oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert werden.
Während stationärer Bedingungen kann das Drosselflächen-Ermittlungsmodul 510 die Drosselfläche basierend auf dem Ist-MAP ermitteln, um die Stabilität der Motordrehzahl zu verbessern. Beispielsweise kann die Drosselfläche (A_th ) basierend auf der Soll-APC (APC_des), der Istdrehzahl (N), der universellen Gaskonstante (R), der Einlasslufttemperatur (IAT), dem Umgebungsluftdruck (AAP), einem Psi-Filterkoeffizienten (Φ), dem Ist-MAP (MAP_act) und einer Drosselkonstante (K_th ) unter Verwendung der folgenden Beziehung ermittelt werden: $A_{th} = \frac{{APC}_{des} * N * \sqrt{R * IAT}}{K_{th} * AAP * Φ * (\frac{{MAP}_{act}}{AAP})} .$
Das Drosselflächen-Ermittlungsmodul 510 kann den Umgebungsluftdruck, den Ist-MAP und die Einlasslufttemperatur von dem AAP-Sensor 183, dem MAP-Sensor 184 bzw. dem IAT-Sensor 192 empfangen.
Während Übergangsbedingungen kann das Drosselflächen-Ermittlungsmodul 510 die Drosselfläche basierend auf dem Soll-MAP ermitteln, um die Ansprechzeit der Motordrehzahl zu verbessern. Beispielsweise kann die Drosselfläche (A_th ) basierend auf der Soll-APC (APC_des) der Istdrehzahl (N), der universellen Gaskonstante (R), der Einlasslufttemperatur (IAT), dem Umgebungsluftdruck (AAP), einem Psi-Filterkoeffizienten (Φ), dem Soll-MAP (MAP_des) und einer Drosselkonstante (K_th ) unter Verwendung der folgenden Beziehung ermittelt werden: $A_{th} = \frac{{APC}_{des} * N * \sqrt{R * IAT}}{K_{th} * AAP * Φ * (\frac{{MAP}_{des}}{AAP})} .$
Nun auf 6 Bezug nehmend, beginnt ein Verfahren zum Steuern einer Motordrehzahl bei 602. Bei 604 ermittelt das Verfahren eine Istdrehzahl eines Motors. Das Verfahren kann die Istdrehzahl ermitteln, indem ein Motordrehzahlsignal zumindest einmal während jeder Zündungszeitdauer eines Motors abgetastet wird. Eine Zündungszeitdauer ist eine Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Zündungsereignissen, und sie kann die Zeiten der aufeinanderfolgenden Zündungsereignisse umfassen.
Bei 606 ermittelt das Verfahren eine Änderungsrate der Istdrehzahl. Das Verfahren kann die Änderungsrate ermitteln, indem eine Differenz zwischen einer gegenwärtigen Motordrehzahl und einer vorhergehenden Motordrehzahl ermittelt wird und indem die Differenz durch eine Zeitdauer dividiert wird. Die Zeitdauer liegt zwischen einer ersten Zeit, zu der die vorhergehende Motordrehzahl ermittelt wird, und einer zweiten Zeit, zu der die gegenwärtige Motordrehzahl ermittelt wird. Wenn die Istdrehzahl durch Abtasten eines Motordrehzahlsignals ermittelt wird, kann die Zeitdauer folglich eine Abtastungszeitdauer sein.
Das Verfahren kann die Änderungsrate der Istdrehzahl unter Verwendung eines Verzögerungsfilters erster Ordnung filtern. Das Verfahren kann beispielsweise eine gefilterte Änderungsrate (Ṅ_f) basierend auf einer gegenwärtigen Änderungsrate (Ṅ_prs), einer vorhergehenden Änderungsrate (Ṅ_prv) und einer Filterkonstante (K_f2) unter Verwendung der folgenden Beziehung ermitteln: ${\dot{N}}_{f} = {\dot{N}}_{prv} + K_{f2} * ({\dot{N}}_{prs} - {\dot{N}}_{prv}) .$
Bei 608 ermittelt das Verfahren eine erste Rate. Das Verfahren kann die erste Rate basierend auf einer Solldrehzahl des Motors, einer Nebenaggregatslast, wie beispielsweise einer A/C-Kompressorlast, und/oder basierend darauf ermitteln, ob ein Rangierschalten durchgeführt wird. Ein Rangierschalten ist eine Umschaltung von Parken oder Neutral auf Fahren oder Rückwärts. Bei 610 ermittelt das Verfahren, ob die Änderungsrate der Istdrehzahl oder die gefilterte Änderungsrate größer als die erste Rate ist. Wenn die Änderungsrate oder die gefilterte Änderungsrate größer als die erste Rate ist, fährt das Verfahren bei 612 fort. Ansonsten fährt das Verfahren bei 604 fort.
Bei 612 ermittelt das Verfahren ein Druckverhältnis über ein Drosselventil. Das Verfahren kann das Druckverhältnis ermitteln, indem ein Verhältnis eines ersten Drucks stromaufwärts des Drosselventils zu einem zweiten Druck stromabwärts des Drosselventils ermittelt wird. Der erste Druck kann ein Umgebungsdruck oder ein barometrischer Druck sein, und der zweite Druck kann ein Druck in einem Einlasskrümmer sein.
Bei 614 ermittelt das Verfahren, ob das Druckverhältnis größer als ein erstes Verhältnis ist (z.B. größer als 0,9). Das erste Verhältnis kann vorbestimmt sein. Wenn das Druckverhältnis größer als erste Verhältnis ist, fährt das Verfahren bei 616 fort. Ansonsten fährt das Verfahren bei 604 fort. Während einer Übergangbedingung kann das Druckverhältnis größer als das erste Druckverhältnis sein, und die Änderungsrate der Istdrehzahl kann größer als die erste Rate sein.
Bei 616 ermittelt das Verfahren, ob eine Übergangsmodus-Ausschaltzeitdauer größer als eine erste Zeitdauer ist (z.B. größer als 1,5 Sekunden). Die Übergangsmodus-Ausschaltzeitdauer ist eine Zeitdauer von einer ersten Zeit, zu der ein Übergangsmodus deaktiviert wird, bis zu einer zweiten Zeit, zu der die Ermittlung bei 616 ausgeführt wird. Wenn die Übergangsmodus-Ausschaltzeitdauer größer als die erste Zeitdauer ist, fährt das Verfahren bei 618 fort. Ansonsten fährt das Verfahren bei 604 fort.
Wenn der Übergangsmodus aktiviert ist, kann die Drosselfläche erhöht werden. Die erste Zeitdauer kann basierend auf einer Verzögerungszeitdauer von einer ersten Zeit, zu der die Drosselfläche erhöht wird, bis zu einer zweiten Zeit, zu welcher der Krümmerdruck in Ansprechen auf die Erhöhung der Drosselfläche zunimmt, vorbestimmt werden. Wenn die erste Zeitdauer kürzer als die Verzögerungszeitdauer ist, kann der Übergangsmodus zweimal aktiviert werden, bevor der Krümmerdruck in Ansprechen auf die erstmalige Aktivierung des Übergangsmodus zunimmt. Dies kann ein Überschießen der Motordrehzahl bewirken, was zu Oszillationen der Motordrehzahl führt. Daher kann die erste Zeitdauer größer als die Verzögerungszeitdauer oder gleich dieser sein, um die Stabilität der Motordrehzahl zu verbessern.
Bei 618 aktiviert das Verfahren den Übergangsmodus. Das Verfahren kann die Schritte einbinden, die nachstehend unter Bezugnahme auf 7 diskutiert werden, wenn der Übergangsmodus aktiviert wird. Bei 620 ermittelt das Verfahren, ob eine Übergangsmodus-Einschaltzeitdauer größer als eine zweite Zeitdauer ist (z.B. größer als 0,1 Sekunden). Die Übergangsmodus-Einschaltzeitdauer ist eine Zeitdauer von einer ersten Zeit, zu der ein Übergangsmodus aktiviert wird, bis zu einer zweiten Zeit, zu der die Ermittlung bei 620 ausgeführt wird. Die zweite Zeitdauer kann vorbestimmt sein. Wenn die Übergangsmodus-Einschaltzeitdauer größer als die zweite Zeitdauer ist, fährt das Verfahren bei 622 fort. Ansonsten fährt das Verfahren bei 618 fort. Bei 622 deaktiviert das Verfahren den Übergangsmodus.
Nun auf 7 Bezug nehmend, beginnt ein Verfahren zum Steuern einer Motordrehzahl bei 702. Bei 704 ermittelt das Verfahren, ob ein Übergangsmodus aktiviert ist. Wenn der Übergangsmodus aktiviert ist, fährt das Verfahren bei 706 fort. Ansonsten fährt das Verfahren bei 708 fort. Das Verfahren kann eine Differenz zwischen einer Istdrehzahl eines Motors und einer Solldrehzahl eines Motors verringern, indem ein Solldrehmoment basierend auf einer Verstärkung ermittelt wird. Das Solldrehmoment kann ein Momentandrehmoment und ein vorausgesagtes Drehmoment umfassen, die Verstärkung kann eine Proportionalverstärkung und eine Integralverstärkung umfassen, und die Verstärkung kann basierend auf einem Verstärkungsmultiplikator ermittelt werden, wie es vorstehend unter Bezugnahme auf 4 diskutiert wurde.
Bei 706 setzt das Verfahren den Verstärkungsmultiplikator auf einen Wert, der größer als Eins ist. Der Verstärkungsmultiplikator kann die vorausgesagte Übergangskonstante (KT_pr) und die Momentan-Übergangskonstante (KT_im) der Beziehungen (7) und (8) umfassen, die vorstehend unter Bezugnahme auf 4 diskutiert wurden. Bei 710 ermittelt das Verfahren die Drosselfläche basierend auf einem Soll-MAP. Das Verfahren kann die Drosselfläche basierend auf dem Soll-MAP unter Verwendung der Beziehung (17) ermitteln, die vorstehend unter Bezugnahme auf 5 diskutiert wurde.
Bei 712 optimiert das Verfahren eine Nockenphasenstellerposition für eine Drehmomentausgabe. Die Nockenphasenstellerposition kann eine Auslass-Nockenphasenstellerposition und/oder eine Einlass-Nockenphasenstellerposition umfassen. Das Verfahren kann die Nockenphasenstellerposition für eine Drehmomentausgabe optimieren, indem die Nockenphasenstellerposition unter Verwendung einer Beziehung zwischen der Nockenphasenstellerposition und der Drehmomentausgabe ermittelt wird, welche die Drehmomentausgabe maximiert. Diese Beziehung kann vorbestimmt sein, und sie kann als eine Gleichung und/oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert werden.
Bei 708 setzt das Verfahren den Verstärkungsmultiplikator auf Eins (es verändert diesen beispielsweise rampenartig). Bei 714 ermittelt das Verfahren die Drosselfläche basierend auf einem Ist-MAP. Das Verfahren kann die Drosselfläche basierend auf dem Ist-MAP unter Verwendung der Beziehung (16) ermitteln, wie sie vorstehend unter Bezugnahme auf 5 diskutiert wurde. Bei 716 optimiert das Verfahren eine Nockenphasenstellerposition bezüglich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit. Das Verfahren kann die Nockenphasenstellerposition bezüglich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit optimieren, indem die Nockenphasenstellerposition unter Verwendung einer Beziehung zwischen der Nockenphasenstellerposition und der Drehmomentausgabe ermittelt wird, welche die Kraftstoffwirtschaftlichkeit maximiert. Diese Beziehung kann vorbestimmt sein, und sie kann als eine Gleichung und/oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert werden.
Bei 718 ermittelt das Verfahren, ob eine Drehzahlabweichung für eine erste Zeitdauer größer als eine erste Drehzahl ist. Die erste Drehzahl kann eine vorbestimmte Drehzahl sein (z.B. 150 RPM), und die erste Zeitdauer kann eine vorbestimmte Zeitdauer sein (z.B. 0,5 Sekunden). Wenn die Drehzahlabweichung für die erste Zeitdauer größer als die erste Drehzahl ist, fährt das Verfahren bei 720 fort. Ansonsten fährt das Verfahren bei 722 fort. Die Drehzahlabweichung kann eine Differenz zwischen einer Referenzdrehzahl und einer Istdrehzahl sein. Die Referenzdrehzahl kann gleich einer Solldrehzahl sein, wenn ein Drehzahlmodus aktiviert ist, und die Referenzdrehzahl kann während Übergängen zu dem Drehzahlmodus oder aus diesem von der Solldrehzahl verschieden sein. In dem Drehzahlmodus kann das Verfahren die Drehmomentausgabe des Motors anpassen, um die Drehzahlabweichung zu verringern.
Bei 720 verringert das Verfahren die Integralverstärkung. Das Verfahren kann die Integralverstärkung verringern, indem die Integralverstärkung mit einem Faktor (z.B. 0,1, 0,2) multipliziert wird. Das Verfahren kann die Integralverstärkung verringern, um ein Anti-Aufschaukeln des Integrals zu verringern. Das Verringern der Integralverstärkung kann dann, wenn die Drehzahlabweichung für die erste Zeitdauer größer als die erste Drehzahl ist, ein Aufbrausen des Motors und/oder einen Motordrehzahlschwund verhindern.
Bei 722 ermittelt das Verfahren ein Solldrehmoment. Das Verfahren kann das Solldrehmoment unter Verwendung der Beziehung (11) ermitteln, wie sie vorstehend unter Bezugnahme auf 5 diskutiert wurde. Bei 724 ermittelt das Verfahren, ob das Solldrehmoment größer als ein erstes Drehmoment ist. Das erste Drehmoment kann um einen vorbestimmten Betrag (z.B. um 60 Nm) größer als ein Nullpedal-Drehmoment sein. Das Nullpedal-Drehmoment kann der minimale Betrag des Drehmoments sein, der ein Abwürgen des Motors verhindert, wenn der Fahrer seinen Fuß von dem Gaspedal entfernt.
Bei 726 begrenzt das Verfahren eine Anpassungsrate des Solldrehmoments. Wenn eine Last auf den Motor ausgeübt wird, während der Fuß des Fahrers von dem Gaspedal entfernt ist, kann das Solldrehmoment zunehmen. Die Drosselfläche kann wiederum erhöht werden, um das Solldrehmoment zu erfüllen und damit der Einlasskrümmer mit der Luftströmung gesättigt wird. Wenn die Last von dem Motor entfernt wird, kann die Motordrehzahl abrupt zunehmen. Folglich kann das Begrenzen der Anpassungsrate des Solldrehmoments ein Aufbrausen der Motordrehzahl verhindern.
Das Verfahren kann eine Trajektorie der Referenzdrehzahl während Übergängen vom Ausrollen zum Leerlauf oder dann, wenn ein ausgewählter Gang Parken oder Neutral ist und die Motordrehzahl kleiner als eine vorbestimmte Drehzahl ist (z.B. 1000 RPM), auf die Istdrehzahl setzen. Während dieser Zeitdauern wird die Proportionalverstärkung angepasst, um die Istdrehzahl auf die Solldrehzahl zu verringern. Wenn eine Last während dieser Zeitdauern ausgeübt wird, kann der resultierende Motordrehzahlschwund folglich ausreichend sein, um ein Abwürgen des Motors zu bewirken.
Das Setzen der Trajektorie der Referenzdrehzahl auf die Istdrehzahl während der Zeitdauern, die vorstehend beschrieben sind, steuert die Größe der Proportionalverstärkung. Wenn während dieser Zeitdauern eine Last ausgeübt wird, reicht daher der resultierende Motordrehzahlschwund nicht aus, um ein Abwürgen des Motors zu verursachen. Das Verfahren kann die Integralverstärkung auf Null setzen, wenn die Trajektorie der Referenzdrehzahl auf die Istdrehzahl gesetzt wird, um Diskontinuitäten des Drehmoments zu verhindern.
Die vorstehend beschriebene Systeme und Verfahren verbessern eine Ansprechzeit von einer ersten Zeit, zu der sich eine Motorlast verändert, bis zu einer zweiten Zeit, zu der die Istdrehzahl auf die Solldrehzahl angepasst wird. Die Ansprechzeit wird verbessert, indem eine Übergangsbedingung definiert wird, wenn das vorausgesetzte Drehmoment und das Momentandrehmoment schneller als die Rate angepasst werden können, mit der das vorausgesagte Drehmoment und das Momentandrehmoment während einer stationären Bedingung angepasst werden. Das Verbessern der Ansprechzeit verringert den Motordrehzahlschwund und das Aufbrausen der Motordrehzahl.
Zusätzlich erhöhen die Systeme und die Verfahren die Stabilität der Motordrehzahl, wodurch Oszillationen der Motordrehzahl verringert werden. Die Stabilität der Motordrehzahl wird erhöht, indem darauf verzichtet wird, einen Übergangsmodus zu aktivieren, wenn der Übergangsmodus für weniger als eine Verzögerungszeit deaktiviert wurde, und indem die Motordrehzahl für jede Zündungszeitdauer ermittelt wird. Die Verzögerungszeitdauer ist eine Zeitdauer von einer ersten Zeit, zu der eine Drosselfläche erhöht wird, bis zu einer zweiten Zeit, zu der ein Krümmerdruck in Ansprechen auf die Erhöhung der Drosselfläche zunimmt.
Die Systeme und die Verfahren verringern den Motordrehzahlschwund während Servolenkungshemmungen, während Notfallstops und während Starts eines Handschaltgetriebes. Das Verringern des Motordrehzahlschwunds verringert die Zeitspanne, für welche die Istdrehzahl kleiner als die Solldrehzahl ist. Die Systeme und die Verfahren verringern das Aufbrausen der Motordrehzahl, wenn eine A/C-Kompressorkupplung nach einer Servolenkungshemmung freigegeben wird und wenn eine Kupplung eines Handschaltgetriebes freigegeben wird, nachdem die Kupplung für eine Zeitdauer niedergedrückt wurde.
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 Hardwarekomponenten, 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 ausgeführt werden kann. 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.

Claims

Verfahren, das umfasst, dass: eine Verstärkung basierend auf einer Solldrehzahl eines Motors (102) und einer Änderungsrate einer Istdrehzahl des Motors (102) ermittelt wird; ein Solldrehmoment basierend auf der Verstärkung und einer Differenz zwischen der Istdrehzahl und der Solldrehzahl ermittelt wird; und eine Drosselfläche, ein Zündfunkenzeitpunkt und/oder eine Kraftstoffzufuhrrate basierend auf dem Solldrehmoment gesteuert werden, wobei die Verstärkung selektiv erhöht wird, wenn eine erste Bedingung erfüllt ist, wobei die erste Bedingung erfüllt ist, wenn ein Druckverhältnis über ein Drosselventil (112) kleiner als ein erstes Verhältnis ist und die Änderungsrate der Istdrehzahl kleiner als eine erste Rate ist, und die Verstärkung für eine erste vorbestimmte Zeitdauer erhöht wird, die auf einer Verzögerung zwischen einer Erhöhung einer Drosselfläche und einer Zunahme eines Krümmerdrucks in Ansprechen auf die Erhöhung der Drosselfläche basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die Istdrehzahl während aufeinanderfolgender Zündungszeitdauern ermittelt wird, wobei eine Zündungszeitdauer eine Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Zündungsereignissen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die erste Rate basierend auf der Solldrehzahl, einer Nebenaggregatslast und/oder basierend darauf ermittelt wird, ob ein Rangierschalten durchgeführt wird, wobei das Rangierschalten eine Getriebeumschaltung von Parken oder Neutral auf Fahren oder Rückwärts ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass eine Erhöhung der Verstärkung gestoppt wird, wenn die erste vorbestimmte Zeitdauer endet, und dass auf die Erhöhung der Verstärkung für eine zweite Zeitdauer verzichtet wird, nachdem die erste vorbestimmte Zeitdauer endet.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die Drosselfläche basierend auf einem Soll-Krümmerdruck ermittelt wird, wenn die erste Bedingung erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verstärkung eine Proportionalverstärkung und/oder eine Integralverstärkung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst, dass die Integralverstärkung verringert wird, wenn die Differenz zwischen der Istdrehzahl und der Solldrehzahl größer als eine erste Drehzahl ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass darauf verzichtet wird, das Solldrehmoment schneller als mit einer ersten Rate anzupassen, wenn das Solldrehmoment größer als ein erstes Drehmoment ist.