DE102013218277A1 - Kraftmaschinensteuerungssysteme und Verfahren beim Losfahren eines Fahrzeugs - Google Patents

Kraftmaschinensteuerungssysteme und Verfahren beim Losfahren eines Fahrzeugs Download PDF

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Abstract

Ein Fahreranforderungsmodul bestimmt eine Fahrerdrehmomentanforderung auf der Grundlage einer Gaspedalposition, einer ersten Differenz zwischen einer Kraftmaschinenzieldrehzahl und einer Getriebeeingabedrehzahl und einer zweiten Differenz zwischen der Getriebeeingabedrehzahl und einer gemessenen Kraftmaschinendrehzahl. Ein Anforderungserzeugungsmodul erzeugt erste und zweite Drehmomentanforderungen auf der Grundlage der Fahrerdrehmomentanforderung. Ein Kraftmaschinendrehzahlsteuerungsmodul erzeugt dritte und vierte Drehmomentanforderungen auf der Grundlage einer Kraftmaschinenzieldrehzahl und der ersten und zweiten Differenz. Auf der Grundlage eines Modus-Signals setzt ein erstes Wahlmodul eine fünfte Drehmomentanforderung gleich der ersten oder der dritten Drehmomentanforderung und ein zweites Wahlmodul setzt eine sechste Drehmomentanforderung gleich der zweiten oder der vierten Drehmomentanforderung. Ein Justierungsmodul justiert selektiv einen Kraftmaschinenbetriebsparameter auf der Grundlage der fünften und/oder sechsten Drehmomentanforderung.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nummer 61/702,398, die am 18. September 2012 eingereicht wurde. Der Offenbarungsgehalt der vorstehenden Anmeldung ist hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen.
  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft Brennkraftmaschinen und insbesondere Kraftmaschinensteuerungssysteme und Verfahren beim Losfahren eines Fahrzeugs.
  • HINTERGRUND
  • Die hier bereitgestellte Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck einer allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Die Arbeit der gegenwärtig genannten Erfinder, sofern sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt des Einreichens nicht anderweitig als Stand der Technik ausgewiesen sind, werden weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung anerkannt.
  • Brennkraftmaschinen verbrennen ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff in Zylindern, um Kolben anzutreiben, wodurch Antriebsdrehmoment erzeugt wird. Mithilfe einer Drosselklappe wird eine Luftströmung in die Kraftmaschine hinein geregelt. Insbesondere verstellt die Drosselklappe eine Drosselklappenfläche, wodurch die Luftströmung in die Kraftmaschine hinein vergrößert oder verringert wird. Wenn die Drosselklappenfläche zunimmt, nimmt die Luftströmung in die Kraftmaschine hinein zu. Ein Kraftstoffsteuerungssystem verstellt die Rate, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, um ein gewünschtes Gemisch aus Luft und Kraftstoff für die Zylinder bereitzustellen und/oder um eine gewünschte Drehmomentausgabe zu erreichen. Durch das Erhöhen der Menge an Luft und Kraftstoff, die an die Zylinder geliefert wird, wird die Drehmomentausgabe der Kraftmaschine erhöht.
  • Bei Funkenzündungskraftmaschinen leitet ein Zündfunke die Verbrennung eines Gemisches aus Luft und Kraftstoff ein, das an die Zylinder geliefert wird. Bei Kompressionszündungskraftmaschinen verbrennt eine Kompression in den Zylindern das Gemisch aus Luft und Kraftstoff, das an die Zylinder geliefert wird. Der Zündfunkenzeitpunkt und die Luftströmung können die primären Mechanismen zum Verstellen der Drehmomentausgabe von Funkenzündungskraftmaschinen sein, während die Kraftstoffströmung der primäre Mechanismus zum Verstellen der Drehmomentausgabe von Kompressionszündungskraftmaschinen sein kann.
  • Es wurden Kraftmaschinensteuerungssysteme zum Steuern des Kraftmaschinenausgabedrehmoments entwickelt, um ein gewünschtes Drehmoment zu erreichen. Jedoch steuern herkömmliche Kraftmaschinensteuerungssysteme das Kraftmaschinenausgabedrehmoment nicht so genau wie gewünscht. Außerdem stellen herkömmliche Kraftmaschinensteuerungssysteme keine schnelle Reaktion auf Steuerungssignale bereit oder koordinieren die Steuerung von Kraftmaschinendrehmoment zwischen verschiedenen Vorrichtungen, die das Kraftmaschinenausgabedrehmoment beeinflussen, nicht.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Fahreranforderungsmodul bestimmt eine Fahrerdrehmomentanforderung für eine Kraftmaschine auf der Grundlage einer Gaspedalposition, einer ersten Differenz zwischen einer Kraftmaschinenzieldrehzahl und einer Getriebeeingabedrehzahl, und einer zweiten Differenz zwischen der Getriebeeingabedrehzahl und einer gemessenen Kraftmaschinendrehzahl. Ein Anforderungserzeugungsmodul erzeugt erste und zweite Drehmomentanforderungen für die Kraftmaschine auf der Grundlage der Fahrerdrehmomentanforderung. Ein Kraftmaschinendrehzahlsteuerungsmodul erzeugt dritte und vierte Drehmomentanforderungen für die Kraftmaschine auf der Grundlage einer Kraftmaschinenzieldrehzahl, der ersten Differenz und der zweiten Differenz. Auf der Grundlage eines Modus-Signals setzt ein erstes Auswahlmodul eine fünfte Drehmomentanforderung entweder gleich der ersten Drehmomentanforderung oder gleich der dritten Drehmomentanforderung. Auf der Grundlage des Modussignals setzt ein zweites Auswahlmodul eine sechste Drehmomentanforderung entweder gleich der zweiten Drehmomentanforderung oder gleich der vierten Drehmomentanforderung. Ein Justierungsmodul justiert selektiv mindestens einen Kraftmaschinenbetriebsparameter auf der Grundlage der fünften und/oder sechsten Drehmomentanforderung.
  • Bei anderen Merkmalen enthält ein Kraftmaschinensteuerungsverfahren für ein Fahrzeug, dass: eine Fahrerdrehmomentanforderung für eine Kraftmaschine auf der Grundlage einer Gaspedalposition, einer ersten Differenz zwischen einer Kraftmaschinenzieldrehzahl und einer Getriebeeingabedrehzahl und einer zweiten Differenz zwischen der Getriebeeingabedrehzahl und einer gemessenen Kraftmaschinendrehzahl bestimmt wird; erste und zweite Drehmomentanforderungen für die Kraftmaschine auf der Grundlage der Fahrerdrehmomentanforderung erzeugt werden; und dritte und vierte Drehmomentanforderungen für die Kraftmaschine auf der Grundlage einer Kraftmaschinenzieldrehzahl, der ersten Differenz und der zweiten Differenz erzeugt werden. Das Kraftmaschinensteuerungsverfahren umfasst auf der Grundlage eines Modus-Signals ferner, dass: eine fünfte Drehmomentanforderung entweder gleich der ersten Drehmomentanforderung oder der dritten Drehmomentanforderung gesetzt wird; und eine sechste Drehmomentanforderung entweder gleich der zweiten Drehmomentanforderung oder der vierten Drehmomentanforderung gesetzt wird. Das Kraftmaschinensteuerungsverfahren umfasst ferner, dass mindestens ein Kraftmaschinenbetriebsparameter auf der Grundlage der fünften und/oder sechsten Drehmomentanforderung selektiv justiert wird.
  • Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden sich aus der hier nachstehend bereitgestellten genauen Beschreibung ergeben. Es versteht sich, dass die genaue Beschreibung und spezielle Beispiele nur zur Veranschaulichung gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Offenbarung wird anhand der genauen Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen besser verstanden werden, wobei:
  • 1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Kraftmaschinensystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Kraftmaschinensteuerungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 3 ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung eines Fahrerdrehmomentmoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 4 ein Funktionsblockdiagramm eines Beispiels eines Kraftmaschinendrehzahlsteuerungsmoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 5 ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung eines Vortriebsdrehmoment-Auswahlmoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
  • 6 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen von Vortriebsdrehmomentanforderungen gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Ein Kraftmaschinensteuerungsmodul (ECM) steuert Aktoren einer Kraftmaschine auf der Grundlage jeweiliger Zielwerte, um eine Kraftmaschinen-Zieldrehmomentausgabe zu erzeugen. Beispielsweise steuert das ECM einen Zündfunkenzeitpunkt auf der Grundlage eines Zündfunkenzielzeitpunkts (für eine Benzinkraftmaschine), eine Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage von Kraftstoffzufuhr-Zielparametern, Einlass- und Auslass-Nockenphasensteller auf der Grundlage von Zielwinkeln für Einlass- und Auslass-Nockenphasensteller, ein Drosselklappenventil auf der Grundlage einer Zielöffnung, und ein Ladedruckregelventil eines Turboladers auf der Grundlage eines Ladedruckregelventil-Zieltastverhältnisses.
  • Das ECM bestimmt die Zielwerte auf der Grundlage von Drehmomentanforderungen. Das ECM erzeugt die Drehmomentanforderungen allgemein auf der Grundlage einer Position eines Gaspedals und/oder eines oder mehrerer anderer Parameter. Während sich die Kraftmaschine im Leerlauf befindet, erzeugt das ECM die Drehmomentanforderungen auf der Grundlage einer Kraftmaschinenzieldrehzahl, etwa einer vorbestimmten Kraftmaschinenleerlaufdrehzahl.
  • Ein Fahrzeuglosfahrereignis kann eine Zeitspanne der Fahrzeugbeschleunigung bezeichnen, die bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von null beginnt. Während eines Fahrzeuglosfahrereignisses eines Fahrzeugs mit Schaltgetriebe, kann das ECM die Kraftmaschinenzieldrehzahl in Ansprechen auf die Betätigung eines Kupplungspedals erhöhen, um die Drehmomentanforderungen zu erhöhen und die Fahrzeugbeschleunigung zu ermöglichen. Ein Erhöhen der Kraftmaschinenzieldrehzahl in Ansprechen auf eine Kupplungspedalbetätigung kann jedoch einen plötzlichen Anstieg bzw. ein Aufbrausen der Kraftmaschinendrehzahl bewirken, wenn sich das Getriebe in einer Neutralstellung befindet.
  • Das ECM der vorliegenden Offenbarung bestimmt daher die Drehmomentanforderungen beim Losfahren des Fahrzeugs auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Kraftmaschinendrehzahl und der Kraftmaschinenzieldrehzahl und auf der Grundlage einer Differenz zwischen einem Schlupfzielwert und einem gemessenen Schlupfwert. Der Schlupf bezeichnet eine Differenz zwischen der Kraftmaschinendrehzahl und einer Getriebeeingabedrehzahl. Das Bestimmen der Drehmomentanforderungen beim Losfahren des Fahrzeugs auf der Grundlage der Differenz minimiert Verringerungen der Kraftmaschinendrehzahl während eines Losfahrens des Fahrzeugs, es verringert ein Ruckeln, das man beim Losfahren des Fahrzeugs wahrnimmt, es verringert eine unnötige Energieeingabe an eine Kupplung und es erhöht die Haltbarkeit der Kupplung.
  • Mit Bezug nun auf 1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Kraftmaschinensystems 100 dargestellt. Das Kraftmaschinensystem 100 enthält eine Kraftmaschine 102, die ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff verbrennt, um Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug auf der Grundlage einer Fahrereingabe von einem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Durch ein Drosselklappenventil 112 wird Luft in einen Ansaugkrümmer 110 eingesaugt. Nur als Beispiel kann das Drosselklappenventil 112 ein Schmetterlingsventil mit einer drehbaren Klappe enthalten. Ein Kraftmaschinensteuerungsmodul (ECM) 114 steuert ein Drosselklappenaktormodul 116, welches das Öffnen des Drosselklappenventils 112 regelt, um die Luftmenge zu steuern, die in den Ansaugkrümmer 110 eingesaugt wird.
  • Luft aus dem Ansaugkrümmer 110 wird in Zylinder der Kraftmaschine 102 eingesaugt. Obwohl die Kraftmaschine 102 mehrere Zylinder enthalten kann, ist zu Darstellungszwecken ein einziger repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Die Kraftmaschine 102 kann nur als Beispiel 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder enthalten. Das ECM 114 kann ein Zylinderaktormodul 120 anweisen, einige der Zylinder selektiv abzuschalten, was bei bestimmten Kraftmaschinenbetriebsbedingungen die Kraftstoffsparsamkeit verbessern kann.
  • Die Kraftmaschine 102 kann unter Verwendung eines Viertaktzyklus arbeiten. Die vier nachstehend beschriebenen Takte können als der Ansaugtakt, der Verdichtungstakt, der Arbeitstakt und der Auslasstakt bezeichnet werden. Bei jeder Umdrehung einer (nicht gezeigten) Kurbelwelle finden zwei der vier Takt im Zylinder 118 statt. Daher sind zwei Umdrehungen der Kurbelwelle notwendig, damit der Zylinder 118 alle vier Takte durchläuft.
  • Während des Ansaugtakts wird Luft aus dem Ansaugkrümmer 110 durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 eingesaugt. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoffaktormodul 124, welches die Kraftstoffeinspritzung regelt, um ein Zielverhältnis von Luft zu Kraftstoff zu erreichen. Kraftstoff kann in den Ansaugkrümmer 110 an einer zentralen Stelle oder an mehreren Stellen eingespritzt werden, etwa in der Nähe des Einlassventils 122 jedes Zylinders. Bei verschiedenen (nicht gezeigten) Implementierungen kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in Mischkammern, die mit den Zylindern verbunden sind, eingespritzt werden. Das Kraftstoffaktormodul 124 kann das Einspritzen von Kraftstoff für Zylinder, die abgeschaltet sind, stoppen.
  • Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit Luft und erzeugt ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff im Zylinder 118. Während des Verdichtungstakts verdichtet ein (nicht gezeigter) Kolben im Zylinder 118 das Gemisch aus Luft und Kraftstoff. Obwohl es nicht gezeigt ist, kann die Kraftmaschine 102 eine Kompressionszündungskraftmaschine sein, wobei in diesem Fall eine Kompression im Zylinder 118 das Gemisch aus Luft und Kraftstoff zündet. Alternativ kann die Kraftmaschine 102 wie gezeigt eine Funkenzündungskraftmaschine sein, wobei in diesem Fall ein Zündfunkenaktormodul 126 eine Zündkerze 128 im Zylinder 118 auf der Grundlage eines Signals vom ECM 114 erregt, wodurch das Gemisch aus Luft und Kraftstoff gezündet wird. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu dem Zeitpunkt angegeben werden, wenn sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, die als der obere Totpunkt (OT) bezeichnet wird.
  • Das Zündfunkenaktormodul 126 kann mithilfe eines Zeitsteuerungssignals gesteuert werden, das angibt, wie weit vor oder nach dem OT der Zündfunke erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition in direkter Beziehung zur Kurbelwellenrotation steht, kann die Arbeitsweise des Zündfunkenaktormoduls 126 mit einem Kurbelwellenwinkel synchronisiert sein. Das Zündfunkenaktormodul 126 kann das Liefern von Zündfunken an abgeschaltete Zylinder stoppen. Das Erzeugen eines Zündfunkens kann als Zündereignis bezeichnet werden. Das Zündfunkenaktormodul 126 kann die Fähigkeit zum Verändern des Zeitpunkts des Zündfunkens bei jedem Zündereignis aufweisen. Das Zündfunkenaktormodul 126 kann den Zündfunkenzeitpunkt für ein nächstes Zündereignis verändern, wenn der Zündfunkenzeitpunkt zwischen einem letzten Zündereignis und dem nächsten Zündereignis verändert wird.
  • Während des Arbeitstakts treibt das Verbrennen des Gemisches aus Luft und Kraftstoff den Kolben vom OT weg, wodurch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Arbeitstakt kann als die Zeitspanne zwischen dem Punkt, bei dem der Kolben den OT erreicht und dem Zeitpunkt, bei dem der Kolben einen unteren Totpunkt (UT) erreicht, definiert werden. Während des Auslasstakts beginnt der Kolben mit dem Wegbewegen vom UT und stößt die Verbrennungsnebenprodukte durch ein Auslassventil 130 aus. Die Verbrennungsnebenprodukte werden über ein Abgassystem 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 steuern und/oder sie können die Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) von mehreren Zylinderbänken (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 steuern und/oder sie können Auslassventile (einschließlich des Auslassventils 130) für mehrere Zylinderbänke (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Das Zylinderaktormodul 120 kann die Zylinder 118 abschalten, indem es ein Öffnen des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 deaktiviert. Bei verschiedenen anderen Implementierungen können das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 von anderen Vorrichtungen als Nockenwellen gesteuert werden, etwa von Ventilaktoren ohne Nocken.
  • Der Zeitpunkt, an dem das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann durch einen Einlassnockenphasensteller 148 mit Bezug auf den OT des Kolbens verstellt werden. Der Zeitpunkt, an dem das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann durch einen Auslassnockenphasensteller 150 mit Bezug auf den OT des Kolbens verstellt werden. Ein Phasenstelleraktormodul 158 kann den Einlassnockenphasensteller 148 und den Auslassnockenphasensteller 150 auf der Grundlage von Signalen vom ECM 114 steuern. Sofern es implementiert ist, kann auch ein (nicht gezeigter) variabler Ventilhub durch das Phasenstelleraktormodul 158 gesteuert werden.
  • Das Kraftmaschinensystem 100 kann eine Verstärkungsvorrichtung enthalten, die Druckluft an den Ansaugkrümmer 110 liefert. Beispielsweise zeigt 1 einen Turbolader, der eine heiße Turbine 160-1 enthält, die durch heiße Abgase betrieben wird, welche durch das Abgassystem 134 strömen. Der Turbolader enthält außerdem einen Kaltluftkompressor 160-2, der von der Turbine 160-1 angetrieben wird. Der Kompressor 160-2 verdichtet Luft, die in das Drosselklappenventil 112 geleitet wird. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein durch die Kurbelwelle angetriebener (nicht gezeigter) Superlader Luft vom Drosselklappenventil 112 verdichten und die verdichtete Luft an den Ansaugkrümmer 110 liefern.
  • Ein Ladedruckregelventil 162 kann ermöglichen, dass Abgas die Turbine 160-1 umgeht, wodurch die Verstärkung (den Betrag der Verdichtung der Ansaugluft) verringert wird, die vom Turbolader bereitgestellt wird. Das ECM 114 kann den Turbolader über ein Verstärkungsaktormodul 164 steuern. Das Verstärkungsaktormodul 164 kann die Verstärkung des Turboladers modulieren, indem es ein Öffnen des Ladedruckregelventils 162 steuert. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Turbolader von dem Verstärkungsaktormodul 164 gesteuert werden. Der Turbolader kann eine variable Geometrie aufweisen, die von dem Verstärkungsaktormodul 164 gesteuert werden kann.
  • Ein (nicht gezeigter) Zwischenkühler kann einen Teil der Wärme dissipieren, die in der verdichteten Luftladung enthalten ist und die erzeugt wird, wenn die Luft verdichtet wird. Die verdichtete Luftladung kann außerdem aus Komponenten des Abgassystems 134 absorbierte Wärme aufweisen. Obwohl die Turbine 160-1 und der Kompressor 160-2 zu Veranschaulichungszwecken getrennt gezeigt sind, können sie aneinander befestigt sein, wodurch Ansaugluft sehr nahe bei heißem Abgas platziert wird.
  • Das Kraftmaschinensystem 100 kann ein Abgasrückführventil (AGR-Ventil) 170 enthalten, welches Abgas selektiv zurück an den Ansaugkrümmer 110 umleitet. Das AGR-Ventil 170 kann stromaufwärts zu der Turbine 160-1 des Turboladers angeordnet sein. Das AGR-Ventil 170 kann durch ein AGR-Aktormodul 172 gesteuert werden.
  • Das Kraftmaschinensystem 100 kann eine Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (RPM) unter Verwendung eines RPM-Sensors 180 messen. Insbesondere kann die Kurbelwellenposition von dem RPM-Sensor 180 überwacht werden und die Kraftmaschinendrehzahl kann auf der Grundlage der Position der Kurbelwelle bestimmt werden. Die Temperatur des Kraftmaschinenkühlmittels kann unter Verwendung eines Kraftmaschinenkühlmitteltemperatursensors (ECT-Sensors) 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann sich innerhalb der Kraftmaschine 102 oder an anderen Stellen befinden, bei denen das Kühlmittel zirkuliert, etwa an einem Radiator (nicht gezeigt).
  • Der Druck im Ansaugkrümmer 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 184 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Kraftmaschinenunterdruck, der die Differenz zwischen einem Umgebungsluftdruck und dem Druck im Ansaugkrümmer 110 ist, gemessen werden. Der Massendurchsatz von Luft, die in den Ansaugkrümmer 110 hineinströmt, kann unter Verwendung eines Luftmassenstromsensors (MAF-Sensors) 186 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann sich der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse befinden, welches auch das Drosselklappenventil 112 enthält.
  • Das Drosselklappenaktormodul 116 kann die Position des Drosselklappenventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselklappenpositionssensoren (TPS) 190 überwachen. Die Umgebungstemperatur von Luft, die in die Kraftmaschine 102 eingesaugt wird, kann unter Verwendung eines Ansauglufttemperatursensors (IAT-Sensors) 192 gemessen werden. Das Kraftmaschinensystem 110 kann auch einen oder mehrere andere Sensoren enthalten. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerungsentscheidungen für das Kraftmaschinensystem 100 zu treffen.
  • Das Fahrzeug enthält auch ein Getriebe, das ein Schaltgetriebe oder ein Doppelkupplungsgetriebe (DCT) sein kann. Ein Getriebesteuerungsmodul 194 kann eine oder mehrere Komponenten des Getriebes steuern. Das ECM 114 und das Getriebesteuerungsmodul 194 können miteinander kommunizieren. Zum Beispiel kann das ECM 114 während eines Gangschaltvorgangs das Kraftmaschinendrehmoment verringern.
  • Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuerungsmodul 196 kommunizieren, um die Arbeitsweise der Kraftmaschine 102 und eines Elektromotors 198 zu koordinieren. Der Elektromotor 198 kann auch als Generator arbeiten und er kann verwendet werden, um elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Systeme des Fahrzeugs und/oder zum Speichern in einer Batterie zu erzeugen. Obwohl nur der Elektromotor 198 gezeigt ist, kann kein oder mehr als ein Elektromotor implementiert sein. Bei verschiedenen Implementierungen können verschiedene Funktionen des ECM 114, des Getriebesteuerungsmoduls 194 und des Hybridsteuerungsmoduls 196 in ein oder mehrere Module integriert sein.
  • Jedes System, das einen Kraftmaschinenparameter verändert, kann als Aktor bezeichnet werden. Jedes System empfängt einen Aktorzielwert. Zum Beispiel kann das Drosselklappenaktormodul 116 als Aktor bezeichnet werden und eine Drosselklappen-Zielöffnungsfläche kann als der Aktorzielwert bezeichnet werden. Im Beispiel von 1 erreicht das Drosselklappenaktormodul 116 die Drosselklappen-Zielöffnungsfläche, indem es einen Winkel der Klappe des Drosselklappenventils 112 verstellt.
  • Auf ähnliche Weise kann das Zündfunkenaktormodul 126 als Aktor bezeichnet werden, während der entsprechende Aktorzielwert ein Zündfunkenzielzeitpunkt relativ zum OT des Kolbens sein kann. Andere Aktoren können das Zylinderaktormodul 120, das Kraftstoffaktormodul 124, das Phasenstelleraktormodul 158, das Verstärkungsaktormodul 164 und das AGR-Aktormodul 172 umfassen. Bei diesen Aktoren können die Aktorzielwerte die Zielanzahl aktivierter Zylinder, Kraftstoffzufuhr-Zielparameter, Zielwinkel von Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellern, ein Zieltastverhältnis des Ladedruckregelventils bzw. eine Zielöffnungsfläche des AGR-Ventils umfassen. Das ECM 114 kann die Aktorzielwerte erzeugen, um zu veranlassen, dass die Kraftmaschine 102 ein Kraftmaschinen-Zielausgabedrehmoment erzeugt.
  • Mit Bezug nun auf 2 ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Kraftmaschinensteuerungssystems dargestellt. Eine beispielhafte Implementierung des ECM 114 enthält ein Fahrerdrehmomentmodul 202, ein Achsdrehmoment-Auswahlmodul 204 und ein Vortriebsdrehmoment-Auswahlmodul 206. Das ECM 114 kann ein Hybridoptimierungsmodul 208 enthalten. Das ECM 114 enthält außerdem ein Reserven/Lasten-Modul 220, ein Justierungsmodul 224, ein Luftsteuerungsmodul 228, ein Zündfunkensteuerungsmodul 232, ein Zylindersteuerungsmodul 236 und ein Kraftstoffsteuerungsmodul 240. Das ECM 114 enthält auch ein RPM-Steuerungsmodul 242, ein Modussteuerungsmodul 244, ein Verstärkungsplanungsmodul 248 und ein Phasenstellerplanungsmodul 252.
  • Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine Fahrerdrehmomentanforderung 254 auf der Grundlage einer Fahrereingabe 255 vom Fahrereingabemodul 104 bestimmen. Die Fahrereingabe 255 kann beispielsweise auf einer Position eines Gaspedals, einer Position eines Bremspedals und einer Position eines Kupplungspedals beruhen. Die Fahrereingabe 255 kann auch die Eingabe einer Geschwindigkeitsregelung enthalten, welche ein adaptives Geschwindigkeitsregelungssystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit verändert, um eine vorbestimmte Folgedistanz beizubehalten. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 wird weiter unten in Verbindung mit 3 erörtert.
  • Ein Achsdrehmoment-Auswahlmodul 204 entscheidet zwischen der Fahrerdrehmomentanforderung 204 und anderen Achsdrehmomentanforderungen 256. Das Achsdrehmoment (das Drehmoment an den Rädern) kann durch verschiedene Quellen erzeugt werden, welche eine Kraftmaschine und/oder einen oder mehrere Elektromotoren umfassen. Beispielsweise können die Achsdrehmomentanforderungen 256 eine Drehmomentreduktion enthalten, die von einem Antriebsregelungssystem angefordert wird, wenn ein positiver Radschlupf detektiert wird. Ein positiver Radschlupf tritt auf, wenn das Achsdrehmoment die Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche überwindet, und die Räder mit dem Rutschen auf der Straßenoberfläche beginnen. Die Achsdrehmomentanforderungen 256 können auch eine Drehmomenterhöhungsanforderung enthalten, um einem negativen Radschlupf entgegenzuwirken, bei dem ein Reifen des Fahrzeugs mit Bezug auf die Straßenoberfläche rutscht, weil das Achsdrehmoment negativ ist.
  • Die Achsdrehmomentanforderungen 256 können außerdem Bremsenmanagementanforderungen und Drehmomentanforderungen bei Fahrzeugübergeschwindigkeit enthalten. Bremsenmanagementanforderungen können das Achsdrehmoment reduzieren, um sicherzustellen, dass das Achsdrehmoment die Fähigkeit der Bremsen nicht überschreitet, das Fahrzeug zu halten, wenn das Fahrzeug gestoppt ist. Drehmomentanforderungen bei Fahrzeugübergeschwindigkeit können das Achsdrehmoment reduzieren, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet. Die Achsdrehmomentanforderungen 256 können außerdem von Fahrzeugstabilitätsregelungssystemen erzeugt werden.
  • Das Achsdrehmoment-Auswahlmodul 204 gibt eine vorhergesagte (Achs-)Drehmomentanforderung 257 und eine unmittelbare (Achs-)Drehmomentanforderung 258 auf der Grundlage der Ergebnisse der Entscheidung zwischen den empfangenen Drehmomentanforderungen 254 und 256 aus. Wie nachstehend beschrieben wird, können die vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen 257 und 258 vom Achsdrehmoment-Auswahlmodul 204 von anderen Modulen des ECM 114 selektiv verstellt werden, bevor sie zum Steuern der Aktoren des Kraftmaschinensystems 100 verwendet werden.
  • Allgemein gesprochen ist die unmittelbare Drehmomentanforderung 258 der Betrag des aktuellen Achszieldrehmoments, während die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 der Betrag des Achsdrehmoments ist, der möglicherweise in Kürze benötigt wird. Das ECM 114 steuert das Kraftmaschinensystem 100, um ein Achsdrehmoment zu erzeugen, das gleich der unmittelbaren Drehmomentanforderung 258 ist. Jedoch können verschiedene Kombinationen von Aktorwerten zum gleichen Achsdrehmoment führen. Daher kann das ECM 114 die Aktorzielwerte so verstellen, dass ein schnellerer Übergang zu der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 ermöglicht wird, wobei dennoch das Achsdrehmoment auf der unmittelbaren Drehmomentanforderung 258 gehalten wird.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 auf der Grundlage der Fahrerdrehmomentanforderung 254 eingestellt werden. Die unmittelbare Drehmomentanforderung 258 kann unter einigen Umständen auf weniger als die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 eingestellt werden, etwa wenn die Fahrerdrehmomentanforderung 254 auf einer rutschigen Oberfläche gerade einen Radschlupf verursacht. In einem derartigen Fall kann ein Antriebsregelungssystem (nicht gezeigt) eine Reduktion über die unmittelbare Drehmomentanforderung 258 anfordern und das ECM 114 reduziert die Kraftmaschinendrehmomentausgabe auf die unmittelbare Drehmomentanforderung 258. Das ECM 114 führt die Reduktion jedoch so aus, dass das Kraftmaschinensystem 100 schnell mit dem Erzeugen der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 fortfahren kann, sobald der Radschlupf aufhört.
  • Allgemein gesprochen kann die Differenz zwischen der unmittelbaren Drehmomentanforderung 258 und der (im Allgemeinen höheren) vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 als Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die Drehmomentreserve kann den Betrag eines zusätzlichen Drehmoments (über der unmittelbaren Drehmomentanforderung 258) darstellen, mit dessen Erzeugung das Kraftmaschinensystem 100 mit minimaler Verzögerung beginnen kann. Schnelle Kraftmaschinenaktoren werden verwendet, um das aktuelle Achsdrehmoment mit minimaler Verzögerung zu erhöhen oder zu verringern. Wie nachstehend in größerem Detail beschrieben wird, werden schnelle Kraftmaschinenaktoren im Gegensatz zu langsamen Kraftmaschinenaktoren definiert.
  • Bei verschiedenen Implementierungen sind schnelle Kraftmaschinenaktoren in der Lage, das Achsdrehmoment innerhalb eines Bereichs zu variieren, wobei der Bereich durch die langsamen Kraftmaschinenaktoren festgelegt wird. Die Obergrenze des Bereichs ist die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257, während die Untergrenze des Bereichs durch die Drehmoment(veränderungs)Kapazität der schnellen Aktoren begrenzt wird. Nur als Beispiel können schnelle Aktoren nur in der Lage sein, das Achsdrehmoment um einen ersten Betrag zu reduzieren, wobei der erste Betrag ein Maß der Drehmomentkapazität der schnellen Aktoren ist. Der erste Betrag kann auf der Grundlage von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen variieren, die durch die langsamen Kraftmaschinenaktoren eingestellt werden.
  • Wenn die unmittelbare Drehmomentanforderung 258 innerhalb des Bereichs liegt, können schnelle Kraftmaschinenaktoren so gesteuert werden, dass veranlasst wird, dass das Achsdrehmoment gleich der unmittelbaren Drehmomentanforderung 258 ist. Wenn das ECM 114 anfordert, dass die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 ausgegeben werden soll, können die schnellen Kraftmaschinenaktoren so gesteuert werden, dass das Achsdrehmoment bis zu der Obergrenze des Bereichs, welche die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 ist, verändert wird.
  • Allgemein gesprochen können schnelle Kraftmaschinenaktoren das Achsdrehmoment schneller als langsame Kraftmaschinenaktoren verändern. Langsame Aktoren können langsamer auf Veränderungen bei ihren jeweiligen Aktorwerten reagieren, als dies schnelle Aktoren tun. Beispielsweise kann ein langsamer Aktor mechanische Komponenten enthalten, die Zeit benötigen, um sich in Ansprechen auf eine Veränderung eines Aktorwerts von einer Position in eine andere zu bewegen. Ein langsamer Aktor kann auch durch die Zeitspanne charakterisiert sein, die benötigt wird, bis das Achsdrehmoment beginnt, sich zu verändern, nachdem der langsame Aktor mit dem Implementieren des geänderten Aktorwerts begonnen hat. Diese Zeitspanne wird bei langsamen Aktoren allgemein länger als bei schnellen Aktoren sein. Zudem kann es sein, dass das Achsdrehmoment bei einem langsamen Aktor auch nach dem Beginn der Veränderung länger brauchen wird, um vollständig auf eine Änderung zu reagieren.
  • Nur als Beispiel kann das ECM 114 Aktorwerte für langsame Aktoren auf Werte einstellen, die ermöglichen würden, dass das Kraftmaschinensystem 100 die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 erzeugt, wenn die schnellen Aktoren auf geeignete Werte eingestellt werden. In der Zwischenzeit kann das ECM 114 Aktorzielwerte für schnelle Aktoren auf Werte einstellen, die bei den gegebenen Werten der langsamen Aktoren bewirken, dass das Kraftmaschinensystem 100 die unmittelbare Drehmomentanforderung 258 anstelle der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 erzeugen.
  • Daher veranlassen die schnellen Aktoren, dass das Kraftmaschinensystem 100 die unmittelbare Drehmomentanforderung 258 erzeugt. Wenn das ECM 114 beschließt, das Achsdrehmoment von der unmittelbaren Drehmomentanforderung 258 in die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 übergehen zu lassen, verändert das ECM 114 die Aktorzielwerte von einem oder mehreren schnellen Aktoren auf Werte, die der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 entsprechen. Da die Aktorzielwerte für die langsamen Aktoren bereits auf der Grundlage der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 eingestellt wurden, ist das Kraftmaschinensystem 100 in der Lage, die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 nach nur der (minimalen) Verzögerung zu erzeugen, die durch die schnellen Aktoren auferlegt wird. Mit anderen Worten wird die längere Verzögerung vermieden, die sich andernfalls ergeben würde, wenn das Achsdrehmoment unter Verwendung von langsamen Aktoren verändert wird.
  • Nur als Beispiel kann bei einer Funkenzündungskraftmaschine der Zündfunkenzeitpunkt ein schneller Aktorwert sein, während die Drosselklappenöffnungsfläche ein langsamer Aktorwert sein kann. Funkenzündungskraftmaschinen können Kraftstoffe verbrennen, die beispielsweise Benzin und Ethanol enthalten, indem ein Zündfunke angewendet wird. Im Gegensatz dazu kann bei einer Kompressionszündungskraftmaschine die Kraftstoffströmung ein schneller Aktorwert sein, während die Drosselklappenöffnung für andere Kraftmaschinencharakteristika als das Drehmoment als Aktorwert verwendet werden kann. Kompressionszündungskraftmaschinen können mithilfe von Kompression Kraftstoffe verbrennen, die beispielsweise Dieselkraftstoff umfassen.
  • Wenn die Kraftmaschine 102 eine Funkenzündungskraftmaschine ist, kann das Zündfunkenaktormodul 126 ein schneller Aktor sein und das Drosselklappenaktormodul 116 kann ein langsamer Aktor sein. Nach dem Empfang eines neuen Aktorzielwerts kann das Zündfunkenaktormodul 126 in der Lage sein, den Zündfunkenzeitpunkt für das folgende Zündereignis zu verändern. Wenn der Zündfunkenzeitpunkt (auch Zündfunkenfrühverstellung genannt) für ein Zündereignis auf einen optimalen Wert eingestellt ist, kann ein maximaler Drehmomentbetrag in dem Arbeitstakt erzeugt werden, der dem Zündereignis unmittelbar folgt. Ein Zündfunkenzeitpunkt jedoch, der vom optimalen Wert abweicht, kann den Drehmomentbetrag reduzieren, der im Arbeitstakt erzeugt wird. Das Zündfunkenaktormodul 126 kann daher in der Lage sein, das Kraftmaschinenausgabedrehmoment schon beim nächsten Zündereignis zu verändern, indem es den Zündfunkenzeitpunkt verändert. Nur als Beispiel kann eine Tabelle mit optimalen Zündfunkenzeitpunkten, die verschiedenen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen entsprechen, während einer Kalibrierungsphase der Fahrzeugkonstruktion bestimmt werden, und der optimale Wert wird aus der Tabelle auf der Grundlage von aktuellen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen gewählt.
  • Im Gegensatz dazu benötigen Veränderungen bei der Drosselklappenöffnungsfläche mehr Zeit, um das Kraftmaschinenausgabedrehmoment zu beeinflussen. Das Drosselklappenaktormodul 116 verändert die Drosselklappenöffnungsfläche, indem es den Winkel der Klappe des Drosselklappenventils 112 verstellt. Sobald ein neuer Aktorwert empfangen wird, gibt es daher eine mechanische Verzögerung, während sich das Drosselklappenventil 112 von seiner vorherigen Position auf der Grundlage des neuen Aktorzielwerts in eine neue Position bewegt. Zudem unterliegen Luftströmungsänderungen auf der Grundlage der Drosselklappenöffnungsfläche Verzögerungen beim Lufttransport in den Ansaugkrümmer 110. Außerdem wird eine erhöhte Luftströmung im Ansaugkrümmer 110 erst als eine Erhöhung des Kraftmaschinenausgabedrehmoments realisiert, wenn der Zylinder 118 beim nächsten Ansaugtakt zusätzliche Luft empfängt, die zusätzliche Luft verdichtet und mit dem Arbeitstakt beginnt.
  • Unter Verwendung dieser Aktoren als Beispiel kann eine Drehmomentreserve erzeugt werden, indem die Drosselklappenöffnung auf einen Wert eingestellt wird, der ermöglichen würde, dass die Kraftmaschine 102 die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 erzeugt. In der Zwischenzeit kann der Zündfunkenzeitpunkt (bei Benzinkraftmaschinen) und/oder die Kraftstoffzufuhr (bei Dieselkraftmaschinen) auf der Grundlage der unmittelbaren Drehmomentanforderung 258 eingestellt werden, die geringer als die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 ist. Obwohl die Drosselklappenöffnung genügend Luftströmung erzeugt, damit die Kraftmaschine 102 die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 erzeugen kann, wird der Zündfunkenzeitpunkt auf der Grundlage der unmittelbaren Drehmomentanforderung 258 nach spät verstellt (wodurch Drehmoment reduziert wird). Das Kraftmaschinenausgabedrehmoment wird daher gleich der unmittelbaren Drehmomentanforderung 258 sein. Bevor der Kraftmaschine 102 irgendeine Last auferlegt wird, ist die unmittelbare Drehmomentanforderung 258 niedrig eingestellt (z. B. nahe bei null), und sie wird erhöht, wenn die Last hinzukommt, um die Kraftmaschinendrehzahl auf einer Kraftmaschinenzieldrehzahl zu halten.
  • Das Achsdrehmoment-Auswahlmodul 204 kann die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 und die unmittelbare Drehmomentanforderung 258 bei nicht hybriden Fahrzeugen an ein Vortriebsdrehmoment-Auswahlmodul 206 ausgeben. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Achsdrehmoment-Auswahlmodul 204 die vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderung 257 und 258 an das Hybridoptimierungsmodul 208 ausgeben.
  • Das Hybridoptimierungsmodul 208 kann bestimmen, wie viel Drehmoment von der Kraftmaschine 102 erzeugt werden soll, und wie viel Drehmoment von dem Elektromotor 198 erzeugt werden soll. Das Hybridoptimierungsmodul 208 gibt dann modifizierte vorhergesagte bzw. unmittelbare Drehmomentanforderungen 259 und 260 an das Vortriebsdrehmoment-Auswahlmodul 206 aus. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Hybridoptimierungsmodul 208 im Hybridsteuerungsmodul 196 implementiert sein.
  • Die vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderung, die vom Vortriebsdrehmoment-Auswahlmodul 206 empfangen werden, werden von einem Achsdrehmomentbereich (Drehmoment an den Rädern) in einen Vortriebsdrehmomentbereich (Drehmoment an der Kurbelwelle) umgesetzt. Diese Umsetzung kann vor, nach, als Teil von oder anstelle des Hybridoptimierungsmoduls 208 stattfinden.
  • Das Vortriebsdrehmoment-Auswahlmodul 206 (siehe auch 5) entscheidet zwischen Vortriebsdrehmomentanforderungen 290, welche die umgesetzte vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderung umfassen. Das Vortriebsdrehmoment-Auswahlmodul 206 erzeugt vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderungen zum Betrieb in einem Drehmomentmodus. Die vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderung für den Drehmomentmodus werden als vorhergesagte Drehmomentanforderung im Drehmomentmodus und unmittelbare Drehmomentanforderung im Drehmomentmodus bezeichnet.
  • Die Drehmomentanforderungen im Drehmomentmodus können erzeugt werden, indem die umgesetzte vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderung auf der Grundlage einer oder mehrerer der anderen empfangenen Anforderungen verstellt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Drehmomentanforderungen im Drehmomentmodus erzeugt werden, indem eine der empfangenen Anforderungen auf der Grundlage einer oder mehrerer anderer der empfangenen Drehmomentanforderungen modifiziert wird. Zum Beispiel können die Vortriebsdrehmomentanforderungen 290 Drehmomentreduktionen zum Überdrehzahlschutz der Kraftmaschine, Drehmomenterhöhungen zum Verhindern des Stehenbleibens/Abwürgens und Drehmomentreduktionen umfassen, die vom Getriebesteuerungsmodul 194 angefordert werden, um Gangschaltvorgänge zu bewältigen. Die Vortriebsdrehmomentanforderungen 290 können auch aus einem Absperren von Kraftstoff durch die Kupplung resultieren, welches das Kraftmaschinenausgabedrehmoment reduziert, wenn der Fahrer das Kupplungspedal in einem Fahrzeug mit Schaltgetriebe niederdrückt, um ein Aufbrausen (ein schnelles Ansteigen) der Kraftmaschinendrehzahl zu verhindern, während sich das Fahrzeug in Bewegung befindet.
  • Die Vortriebdrehmomentanforderungen 290 können auch eine Anforderung zum Ausschalten der Kraftmaschine enthalten, die eingeleitet werden kann, wenn ein kritischer Fehler detektiert wird. Nur als Beispiel können kritische Fehler die Detektion eines Fahrzeugdiebstahls, eines festsitzenden Startermotors, von Problemen bei der elektronischen Drosselklappensteuerung und von nicht erwarteten Drehmomentanstiegen umfassen. Bei verschiedenen Implementierungen wählt die Entscheidung dann, wenn eine Kraftmaschinenausschaltanforderung vorliegt, die Kraftmaschinenausschaltanforderung als die gewinnende Anforderung.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann eine Kraftmaschinenausschaltanforderung einfach die Kraftmaschine 102 getrennt vom Entscheidungsprozess ausschalten. Das Vortriebsdrehmoment-Auswahlmodul 206 kann die Kraftmaschinenausschaltanforderung dennoch empfangen, sodass beispielsweise geeignete Daten an andere Drehmomentanforderer zurückgemeldet werden können. Zum Beispiel können alle anderen Drehmomentanforderer darüber informiert werden, dass sie die Entscheidung verloren haben.
  • Das RPM-Steuerungsmodul 242 erzeugt vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderungen zum Betrieb in einem Kraftmaschinendrehzahlmodus (RPM-Modus). Die vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderung für den RPM-Modus werden als vorhergesagte Drehmomentanforderung im RPM-Modus 245 und als unmittelbare Drehmomentanforderung im Drehmomentmodus 246 bezeichnet. Das RPM-Steuerungsmodul 242 wird weiter unten in Verbindung mit 4 erörtert.
  • Das Modussteuerungsmodul 244 setzt ein Modussignal 247 zu einem gegebenen Zeitpunkt entweder auf den RPM-Modus oder den Drehmoment-Modus. Das Modussteuerungsmodul 244 kann das Modussignal 247 beispielsweise auf der Grundlage der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257, der Fahrerdrehmomentanforderung 254 oder der vorhergesagten Drehmomentanforderung im Drehmomentmodus einstellen. Nur als Beispiel kann das Modussteuerungsmodul 244 das Modussignal 247 auf den RPM-Modus einstellen, wenn die Drehmomentanforderung kleiner als ein vorbestimmter Drehmomentwert ist. Wenn die Drehmomentanforderung größer als der vorbestimmte Drehmomentwert ist, kann das Modussteuerungsmodul 244 das Modussignal 247 auf den Drehmomentmodus einstellen. Auf diese Weise kann das Modussignal 247 auf den RPM-Modus eingestellt werden, wenn sich das Gaspedal in einer Ruheposition (Nullposition) befindet, und auf den Drehmomentmodus einstellt werden, wenn das Gaspedal von der Ruheposition aus gedrückt wird.
  • Auf der Grundlage des Modussignals 247 wählt das Vortriebsdrehmoment-Auswahlmodul 206: die vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderung im Drehmomentmodus; oder die vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderung im RPM-Modus. Das Vortriebsdrehmoment-Auswahlmodul 206 erzeugt vorhergesagte und unmittelbare Vortriebsdrehmomentanforderungen 261 und 262 auf der Grundlage der gewählten aus dem Paar der Drehmomentanforderungen. Das Vortriebsdrehmoment-Auswahlmodul 206 wird weiter unten in Verbindung mit 5 erörtert.
  • Das Reserven/Lasten-Modul 220 empfängt die vorhergesagte und unmittelbare Vortriebsdrehmomentanforderung 261 und 262. Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann die vorhergesagte und unmittelbare Vortriebsdrehmomentanforderung 261 und 262 verstellen, um eine Drehmomentreserve zu erzeugen und/oder um eine oder mehrere Lasten zu kompensieren. Das Reserven/Lasten-Modul 220 gibt dann verstellte vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderungen 263 und 264 an das Justierungsmodul 224 aus.
  • Nur als Beispiel kann ein Katalysatorzündprozess oder ein Prozess zur Reduktion von Emissionen bei einem Kaltstart einen nach spät verstellten Zündfunkenzeitpunkt benötigen. Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann daher die verstellte vorhergesagte Drehmomentanforderung 263 über die verstellte unmittelbare Drehmomentanforderung 264 hinaus erhöhen, um einen nach spät verstellten Zündfunken für den Prozess zur Reduktion von Emissionen bei einem Kaltstart zu erzeugen. Bei einem anderen Beispiel kann das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff der Kraftmaschine und/oder der Luftmassenstrom direkt verstellt werden, etwa durch einen intrusiven Diagnosetest des Äquivalenzverhältnisses und/oder ein Spülen einer neuen Kraftmaschine. Vor dem Beginnen dieser Prozesse kann eine Drehmomentreserve erzeugt oder erhöht werden, um Verringerungen beim Kraftmaschinenausgabedrehmoment schnell entgegenzuwirken, die aus dem mager werden des Gemisches aus Luft und Kraftstoff während dieser Prozesse resultiert.
  • Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann eine Drehmomentreserve außerdem in Erwartung einer zukünftigen Last erzeugen oder erhöhen, etwa des Betriebs einer Servolenkungspumpe oder des Einrückens einer Kupplung eines Klimaanlagenkompressors (A/C-Kompressors). Die Reserve für das Einrücken der Kupplung des A/C-Kompressors kann erzeugt werden, wenn der Fahrer zunächst eine Klimaanlage anfordert. Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann die verstellte vorhergesagte Drehmomentanforderung 263 erhöhen, während es die verstellte unmittelbare Drehmomentanforderung 264 unverändert lässt, um die Drehmomentreserve zu erzeugen. Wenn dann die A/C-Kompressorkupplung eingerückt wird, kann das Reserven/Lasten-Modul 220 die verstellte unmittelbare Drehmomentanforderung 264 um die geschätzte Last der A/C-Kompressorkupplung erhöhen.
  • Das Justierungsmodul 224 empfängt die justierte vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderung 263 und 264. Das Justierungsmodul 224 bestimmt, wie die justierte vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderung 263 und 264 erreicht werden. Das Justierungsmodul 224 kann spezifisch für den Kraftmaschinentyp sein. Beispielsweise kann das Justierungsmodul 224 für Funkenzündungskraftmaschinen gegenüber Kompressionszündungskraftmaschinen anders implementiert sein oder andere Steuerungsschemata verwenden.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann das Justierungsmodul 224 eine Grenze zwischen Modulen definieren, die über alle Kraftmaschinentypen hinweg gleich sind, und Modulen, die kraftmaschinentypspezifisch sind. Kraftmaschinentypen können beispielsweise Funkenzündungskraftmaschinen und Kompressionszündungskraftmaschinen umfassen. Module vor dem Justierungsmodul 224, etwa das Vortriebsdrehmoment-Auswahlmodul 206, können über Kraftmaschinentypen hinweg gleich sein, während das Justierungsmodul 224 und nachfolgende Module kraftmaschinentypspezifisch sein können.
  • Beispielsweise kann bei einer Funkenzündungskraftmaschine das Justierungsmodul 224 das Öffnen des Drosselklappenventils 112 als langsamer Aktor variieren, der einen großen Bereich an Drehmomentsteuerung ermöglicht. Das Justierungsmodul 224 kann Zylinder unter Verwendung des Zylinderaktormoduls 120 abschalten, was ebenfalls einen weiten Bereich an Drehmomentsteuerung bereitstellt, aber auch langsam sein kann und Probleme mit der Fahrbarkeit und Emissionen mit sich bringen kann. Das Justierungsmodul 224 kann den Zündfunkenzeitpunkt als schnellen Aktor verwenden. Jedoch kann der Zündfunkenzeitpunkt keinen so großen Bereich an Drehmomentsteuerung bereitstellen. Zudem kann der Betrag an Drehmomentsteuerung, der durch Veränderungen beim Zündfunkenzeitpunkt möglich ist (als Zündfunkenreservekapazität bezeichnet) mit Veränderungen der Luftströmung variieren.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann das Justierungsmodul 224 eine Luftdrehmomentanforderung 265 auf der Grundlage der verstellten vorhergesagten Drehmomentanforderung 263 erzeugen. Die Luftdrehmomentanforderung 265 kann gleich der verstellten vorhergesagten Drehmomentanforderung 263 sein, wobei die Luftströmung so eingestellt wird, dass die verstellte vorhergesagte Drehmomentanforderung 263 durch Veränderungen bei anderen (z. B. schnellen) Aktoren erreicht werden kann.
  • Aktorzielwerte für Aktoren, welche die Luftströmung steuern, können auf der Grundlage der Luftdrehmomentanforderung 265 bestimmt werden. Nur als Beispiel kann das Luftsteuerungsmodul 228 einen Krümmerzielabsolutdruck (Ziel-MAP) 266, eine Drosselklappenzielöffnung (z. B. Fläche) 267 und/oder eine Ziel-Luft-pro-Zylinder (APC) 268 auf der Grundlage der Luftdrehmomentanforderung 265 bestimmen.
  • Das Drosselklappenaktormodul 116 regelt das Drosselklappenventil 112, um die Zielöffnung 267 zu erzeugen. Das Verstärkungsplanungsmodul 248 steuert das Ladedruckregelventil 162 auf der Grundlage des Ziel-MAP 266. Beispielsweise kann das Verstärkungsplanungsmodul 248 ein Zieltastverhältnis 269 für das Ladedruckregelventil 162 auf der Grundlage des Ziel-MAP 266 bestimmen, und das Verstärkungsaktormodul 164 kann das Ladedruckregelventil 162 auf der Grundlage des Zieltastverhältnisses 269 steuern. Das Phasenstellerplanungsmodul 252 kann Zielwinkel 270 und 271 für die Einlass- und Auslassnockenphasensteller auf der Grundlage der Ziel-APC 268 bestimmen, und das Phasenstelleraktormodul 158 kann die Einlass- und Auslassnockenphasensteller 148 und 150 auf der Grundlage der Zielwinkel 270 und 271 für die Einlass- und Auslassnockenphasensteller steuern. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Luftsteuerungsmodul 228 auch eine Zielöffnung des AGR-Ventils 170 auf der Grundlage der Luftdrehmomentanforderung 265 bestimmen.
  • Das Justierungsmodul 224 kann auch eine Zündfunkendrehmomentanforderung 272, eine Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung 273 und eine Kraftstoffdrehmomentanforderung 274 erzeugen. Das Zündfunkensteuerungsmodul 232 kann auf der Grundlage der Zündfunkendrehmomentanforderung 272 bestimmen, um wie viel der Zündfunkenzeitpunkt von einem optimalen Zündfunkenzeitpunkt aus nach spät verstellt werden soll (was das Kraftmaschinenausgabedrehmoment reduziert). Nur als Beispiel kann eine Drehmomentbeziehung umgedreht werden, um nach einem Zündfunkenzielzeitpunkt 275 aufzulösen.
  • Die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung 273 kann vom Zylindersteuerungsmodul 236 verwendet werden, um eine Zielanzahl 276 der abzuschaltenden Zylinder zu bestimmen. Das Zylindersteuerungsmodul 236 kann auch das Kraftstoffsteuerungsmodul 240 anweisen, um das Liefern von Kraftstoff an abgeschaltete Zylinder zu stoppen, und es kann das Zündfunkensteuerungsmodul 232 anweisen, das Liefern von Zündfunken an abgeschaltete Zylinder zu stoppen. Das Zündfunkensteuerungsmodul 232 kann das Liefern von Zündfunken an einen Zylinder stoppen, sobald ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff, das bereits im Zylinder vorhanden ist, verbrannt worden ist.
  • Das Kraftstoffsteuerungsmodul 240 kann die Kraftstoffmenge, die an jeden Zylinder geliefert wird, auf der Grundlage der Kraftstoffdrehmomentanforderung 274 verändern. Insbesondere kann das Kraftstoffsteuerungsmodul 240 Kraftstoffzufuhrzielparameter 277 auf der Grundlage der Kraftstoffdrehmomentanforderung 274 erzeugen. Die Kraftstoffzufuhrzielparameter 277 können beispielsweise eine Zielkraftstoffmasse, einen Zielstartzeitpunkt der Einspritzung und eine Zielanzahl von Kraftstoffeinspritzungen umfassen.
  • Während eines Normalbetriebs einer Funkenzündungskraftmaschine kann das Kraftstoffsteuerungsmodul 240 in einem Luftführungsmodus arbeiten, bei dem das Kraftstoffsteuerungsmodul 240 versucht, ein stöchiometrisches Verhältnis von Luft zu Kraftstoff beizubehalten, indem es die Kraftstoffzufuhr auf der Grundlage der Luftströmung steuert. Das Kraftstoffsteuerungsmodul 240 kann eine Zielkraftstoffmasse bestimmen, die eine stöchiometrische Verbrennung liefern wird, wenn sie mit einer gegenwärtigen Masse von Luft pro Zylinder (APC) kombiniert wird.
  • In Kompressionszündungssystemen kann das Kraftstoffsteuerungsmodul 240 in einem Kraftstoffführungsmodus arbeiten, bei dem das Kraftstoffsteuerungsmodul 240 eine Zielkraftstoffmasse für jeden Zylinder bestimmt, welche die Kraftstoffdrehmomentanforderung 274 erfüllt, während Emissionen, Geräusche und Kraftstoffverbrauch minimiert werden. In dem Kraftstoffführungsmodus wird die Luftströmung auf der Grundlage der Kraftstoffströmung gesteuert und sie kann gesteuert werden, um ein mageres Verhältnis von Luft zu Kraftstoff zu liefern. Zudem kann das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff über einem vorbestimmten Pegel gehalten werden, was das Erzeugen von Rauch bei dynamischen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen verhindern kann.
  • Mit Bezug nun auf 3 ist ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung des Fahrerdrehmomentmoduls 202 dargestellt. Ein Turbinendrehzahlmodul 304 bestimmt eine Turbinendrehzahl 308 auf der Grundlage einer Getriebeübersetzung 312 und einer gefilterten Getriebeausgabewellendrehzahl (TOSS) 316. Zum Beispiel kann das Turbinendrehzahlmodul 304 die Turbinendrehzahl 308 auf der Grundlage eines Produkts aus der Getriebeübersetzung 312 und der gefilterten TOSS 316 bestimmen. Die Turbinendrehzahl 308 entspricht einer Drehzahl einer Getriebeeingabewelle. Die Getriebeübersetzung 312 entspricht der aktuellen Fahrübersetzung und kann von dem Getriebesteuerungsmodul 194 bereitgestellt werden. Die gefilterte TOSS 316 entspricht einer gefilterten Version einer gemessenen Drehzahl einer Getriebeausgabewelle und kann vom Getriebesteuerungsmodul 194 bereitgestellt werden.
  • Ein Zielschlupfmodul 320 bestimmt einen Zielschlupfwert 324 auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Turbinendrehzahl 308 und einer Ziel-RPM 328. Der Schlupf bezeichnet eine Differenz zwischen der Kraftmaschinendrehzahl (Kurbelwellendrehzahl) und der Getriebeeingabewellendrehzahl. Der Zielschlupfwert 324 entspricht einem Zielwert für Schlupf zu einem gegebenen Zeitpunkt. Die Ziel-RPM 328 kann von dem RPM-Steuerungsmodul 242 bereitgestellt werden, wie weiter unten erörtert wird.
  • Ein Schlupffehlermodul 332 bestimmt einen Schlupffehler 336 auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Zielschlupfwert 324 und einem gemessenen Schlupfwert 340. Der gemessene Schlupfwert 340 entspricht dem aktuellen Schlupfbetrag. Ein Modul 344 für gemessenen Schlupf bestimmten den gemessenen Schlupf 340 auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer Kraftmaschinendrehzahl (RPM) 348 und der Turbinendrehzahl 308. Die RPM 348 kann auf der Grundlage der Ausgabe des RPM-Sensors 180 erzeugt werden.
  • Ein Schlupfjustierungsmodul 352 bestimmt eine Schlupffehler-Drehmomentjustierung 356 auf der Grundlage des Schlupffehlers 336. Das Schlupfjustierungsmodul 352 kann die Schlupffehler-Drehmomentjustierung 356 auf der Grundlage des Schlupffehlers 336 beispielsweise unter Verwendung einer Proportional-Integral-Regelung (PI-Regelung) bestimmen. Der proportionale Ausdruck (P-Ausdruck) kann auf der Grundlage eines Produkts aus dem Schlupffehler 336 mit einer proportionalen Konstante bestimmt werden und der integrale Ausdruck (I-Ausdruck) kann auf der Grundlage eines Produkts aus dem Schlupffehler 336 mit einer integralen Konstante bestimmt werden, das über eine Zeitspanne eines Fahrzeuglosfahrereignisses aufsummiert wird. Der integrale Ausdruck enthält zwei Komponenten: eine integrale Verzögerungszeit (während welcher der integrale Ausdruck nicht aktiv ist); und einen integralen Anstieg (eine Zunahme des integralen Ausdrucks). Der integrale Anstieg wird verzögert (während der integralen Verzögerungszeit) bis die Turbinendrehzahl 308 anzusteigen beginnt (oder der gemessene Schlupf 308 mit dem Abnehmen beginnt). Der integrale (Anstiegs-)Ausdruck kann auf einen vorbestimmten Maximalwert begrenzt werden, der eine Funktion einer Gaspedalposition (APP) 376 ist. Bei verschiedenen Implementierungen kann der integrale (Anstiegs-)Ausdruck unter Verwendung der Gleichung eingestellt werden: I = ( Tm / Ndo)·(Ndo – Nd) = Tm – Tm·( Nd / Ndo), wobei I der integrale Ausdruck ist, Tm der vorbestimmte Maximalwert ist und Nd ein Optimalwert-Schlupfwert ist, der auf der Grundlage des Zielschlupfwerts 324 bestimmt wird, und Ndo der Optimalwert-Schlupfwert beim Start des Fahrzeuglosfahrereignisses ist. Der Optimalwert-Schlupfwert kann auf der Grundlage eines vorherigen Werts des Zielschlupfs 324·k oder gleich diesem gesetzt werden, wobei k ein vorbestimmter Wert ist, zum Beispiel etwa 0,99. Ein Fahrzeuglosfahrereignis bezeichnet eine Zeitspanne der Fahrzeugbeschleunigung, die bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von Null beginnt. Obwohl eine PI-Regelung erörtert wurde, kann auch eine proportionale Regelung (P-Regelung), eine Proportional-Integral-Derivativ-Regelung (PID-Regelung) oder eine andere geeignete Art von Regelung verwendet werden.
  • Ein Fahreranforderungsmodul 360 erzeugt die Fahrerdrehmomentanforderung 254. Während eines Fahrzeuglosfahrereignisses kann das Fahreranforderungsmodul 360 die Fahrerdrehmomentanforderung 254 auf der Grundlage der Schlupffehler-Drehmomentjustierung 356, eines Kupplungsdrehmoments 364 und eines Trägheitsausdrucks 368 erzeugen. Das Fahreranforderungsmodul 360 kann die Fahrerdrehmomentanforderung 254 beispielsweise unter Verwendung einer oder mehrerer Funktionen und/oder Zuordnungen bestimmen, welche die Schlupffehler-Drehmomentjustierung 356, das Kupplungsdrehmoment 364 und den Trägheitsausdruck 368 in Beziehung zu der Fahrerdrehmomentanforderung 254 setzen. Nur als Beispiel kann das Fahreranforderungsmodul 360 die Fahrerdrehmomentanforderung 254 auf der Grundlage einer Summe aus der Schlupffehler-Drehmomentjustierung 356, des Kupplungsdrehmoments 364 und des Trägheitsausdrucks 368 einstellen. Das Kupplungsdrehmoment 364 bezeichnet einen aktuellen Drehmomentbetrag an einer Drehmomentübertragungsvorrichtung (z. B. einer Kupplung), die gegenwärtig am Übertragen von Drehmoment von der Kraftmaschine 102 an das Getriebe beteiligt ist, und kann vom Getriebesteuerungsmodul 194 bereitgestellt werden. Bei Fahrzeugen mit Schaltgetriebe kann das Kupplungsdrehmoment 364 bei Fahrzeuglosfahrereignissen gleich null sein.
  • Ein Trägheitsmodul 372 bestimmt den Trägheitsausdruck 368 auf der Grundlage der APP 376 und eines Kraftmaschinendrehzahlfehlers (Kraftmaschinen-RPM-Fehlers) 380. Das Trägheitsmodul 372 kann den Trägheitsausdruck 368 beispielsweise unter Verwendung einer oder mehrerer Funktionen und/oder Zuordnungen bestimmen, welche den RPM-Fehler 380 und die APP 376 in Beziehung zu dem Trägheitsausdruck 368 setzen. Die APP 376 kann unter Verwendung eines APP-Sensors gemessen werden. Der RPM-Fehler 380 wird auf der Grundlage einer Differenz zwischen der RPM 348 und der Ziel-RPM 328 bestimmt, wie nachstehend weiter erörtert wird.
  • Mit Bezug nun auf 4 ist ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung des RPM-Steuerungsmoduls 242 dargestellt. Ein Ziel-RPM-Modul 404 bestimmt die Ziel-RPM 328 auf der Grundlage der APP 376 und der Getriebeübersetzung 312. Das Ziel-RPM-Modul 404 kann die Ziel-RPM 328 beispielsweise unter Verwendung einer oder mehrerer Funktionen und/oder Zuordnungen bestimmen, welche die APP 376 und die Getriebeübersetzung 312 mit der Ziel-RPM 328 in Beziehung setzen. Ein RPM-Fehlermodul 408 bestimmt den RPM-Fehler 380 auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Ziel-RPM 328 und der RPM 348.
  • Ein erstes Fehlerjustierungsmodul 412 bestimmt einen RPM-Fehler des vorhergesagten Drehmoments 416 auf der Grundlage des RPM-Fehlers 380. Das erste Fehlerjustierungsmodul 412 kann den RPM-Fehlerdes vorhergesagten Drehmoments 416 auf der Grundlage des RPM-Fehlers 380 beispielsweise unter Verwendung einer PI-Regelung bestimmen. Der proportionale Ausdruck (P-Ausdruck) kann auf der Grundlage eines Produkts aus dem RPM-Fehler 380 und einer proportionalen Konstante bestimmt werden, und der integrale Ausdruck (I-Ausdruck) kann auf der Grundlage eines Produkts aus dem RPM-Fehler 380 und einer integralen Konstante bestimmt werden. Obwohl eine PI-Regelung erörtert wurde, kann eine proportionale Regelung (P-Regelung), eine Proportional-Integral-Derivativ-Regelung (PID-Regelung) oder ein anderer geeigneter Typ von Regelung verwendet werden.
  • Ein erstes Getriebelastjustierungsmodul 420 erzeugt eine Getriebelast des vorhergesagten Drehmoments 424 auf der Grundlage des Schlupffehlers 336. Das erste Getriebelastjustierungsmodul 420 kann die Getriebelast des vorhergesagten Drehmoments 424 auf der Grundlage des Schlupffehlers 336 beispielsweise unter Verwendung einer PI-Regelung bestimmen. Der proportionale Ausdruck (P-Ausdruck) kann auf der Grundlage eines Produkts aus dem Schlupffehler 336 und einer proportionalen Konstante bestimmt werden, und der integrale Ausdruck (I-Ausdruck) kann auf der Grundlage eines Produkts aus dem Schlupffehler 336 und einer integralen Konstante bestimmt werden. Die integrale Konstante kann als Funktion der Turbinendrehzahl 308 bestimmt werden und der integrale Ausdruck kann auf einen vorbestimmten Maximalwert begrenzt werden. Obwohl eine PI-Regelung erörtert wurde, kann eine proportionale Regelung (P-Regelung) eine Proportional-Integral-Derivativ-Regelung (PID-Regelung) oder eine andere geeignete Art von Regelung verwendet werden.
  • Ein Anforderungsmodul 428 für vorhergesagtes Drehmoment im RPM-Modus bestimmt die vorhergesagte Drehmomentanforderung 245 im RPM-Modus auf der Grundlage des RPM-Fehlers des vorhergesagten Drehmoments 416, der Getriebelast des vorhergesagten Drehmoments 424, eines Reservedrehmoments im RPM-Modus 432 und eines Kriech/Ausroll-Drehmoments 436. Das Anforderungsmodul 428 für vorhergesagtes Drehmoment im RPM-Modus kann die vorhergesagte Drehmomentanforderung 245 im RPM-Modus beispielsweise unter Verwendung einer oder mehrerer Funktionen und/oder Zuordnungen bestimmen, die den RPM-Fehler des vorhergesagten Drehmoments 416, die Getriebelast des vorhergesagten Drehmoments 424, das Reservedrehmoment 432 im RPM-Modus und das Kriech/Ausroll-Drehmoment 436 in Beziehung zu der vorhergesagten Drehmomentanforderung 245 im RPM-Modus setzen. Zum Beispiel kann das Anforderungsmodul 428 für vorhergesagtes Drehmoment im RPM-Modus die vorhergesagte Drehmomentanforderung 245 im RPM-Modus auf der Grundlage einer Summe aus dem RPM-Fehler des vorhergesagten Drehmoments 416, der Getriebelast des vorhergesagten Drehmoments 424, dem Reservedrehmoment 432 im RPM-Modus und dem Kriech/Ausroll-Drehmoment 436 einstellen. Das Reservedrehmoment 432 im RPM-Modus kann ein vorbestimmter Wert sein und einer Drehmomentreserve entsprechen, die verhindert, dass die Kraftmaschine 102 abstirbt, während sie sich im Leerlauf befindet. Das Kriech/Ausroll-Drehmoment 436 kann bei Fahrzeuglosfahrereignissen auf null gesetzt sein und kann einem Drehmomentbetrag entsprechen, der zum Ausrollen in den Leerlauf benötigt wird.
  • Ein zweites Fehlerjustierungsmodul 440 bestimmt einen RPM-Fehler des unmittelbaren Drehmoments 444 auf der Grundlage des RPM-Fehlers 380. Das zweite Fehlerjustierungsmodul 440 kann den RPM-Fehler des unmittelbaren Drehmoments 444 auf der Grundlage des RPM-Fehlers 380 beispielsweise unter Verwendung einer PI-Regelung bestimmen. Der proportionale Ausdruck (P-Ausdruck) kann auf der Grundlage eines Produkts aus dem RPM-Fehler 380 mit einer vorbestimmten Konstante bestimmt werden und der integrale Ausdruck (I-Ausdruck) kann auf der Grundlage eines Produkts des RPM-Fehlers 380 mit einer integralen Konstante bestimmt werden. Obwohl eine PI-Regelung erörtert wurde, kann eine proportionale Regelung (P-Regelung), eine Proportional-Integral-Derivativ-Regelung (PID-Regelung) oder ein anderer geeigneter Typ von Regelung verwendet werden.
  • Ein zweites Getriebelastjustierungsmodul 448 erzeugt eine Getriebelast des unmittelbaren Drehmoments 452 auf der Grundlage des Schlupffehlers 336. Das zweite Getriebelastjustierungsmodul 448 kann die Getriebelast des unmittelbaren Drehmoments 452 auf der Grundlage des Schlupffehlers 336 beispielsweise unter Verwendung einer PI-Regelung bestimmen. Der proportionale Ausdruck (P-Ausdruck) kann auf der Grundlage eines Produkts aus dem Schlupffehler 336 und einer vorbestimmten Konstante bestimmt werden, und der integrale Ausdruck (I-Ausdruck) kann auf der Grundlage eines Produkts aus dem Schlupffehler 336 und einer integralen Konstante bestimmt werden. Die integrale Konstante kann als Funktion der Turbinendrehzahl 308 bestimmt werden und der integrale Ausdruck kann auf einen vorbestimmten Maximalwert begrenzt werden. Obwohl eine PI-Regelung erörtert wurde, kann eine proportionale Regelung (P-Regelung), eine Proportional-Integral-Derivativ-Regelung (PID-Regelung) oder ein anderer geeigneter Typ von Regelung verwendet werden.
  • Ein Anforderungsmodul 456 für unmittelbares Drehmoment im RPM-Modus bestimmt die unmittelbare Drehmomentanforderung 246 im RPM-Modus auf der Grundlage des RPM-Fehlers des unmittelbaren Drehmoments 444, der Getriebelast des unmittelbaren Drehmoments 452 und des Kriech/Ausroll-Drehmoments 436. Das Anforderungsmodul 456 für unmittelbares Drehmoment im RPM-Modus kann die unmittelbare Drehmomentanforderung 246 im RPM-Modus beispielsweise unter Verwendung einer oder mehrerer Funktionen und/oder Zuordnungen bestimmen, welche den RPM-Fehler des unmittelbaren Drehmoments 444, die Getriebelast des unmittelbaren Drehmoments 452 und das Kriech/Ausroll-Drehmoment 436 in Beziehung zu der unmittelbaren Drehmomentanforderung 246 im RPM-Modus setzen. Zum Beispiel kann das Anforderungsmodul 456 für unmittelbares Drehmoment im RPM-Modus die unmittelbare Drehmomentanforderung 246 im RPM-Modus auf der Grundlage einer Summe aus dem RPM-Fehler des unmittelbaren Drehmoments 444, der Getriebelast des unmittelbaren Drehmoments 452 und dem Kriech/Ausroll-Drehmoment 436 setzen.
  • Mit Bezug nun auf 5 ist ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung des Vortriebsdrehmoment-Auswahlmoduls 206 dargestellt. Ein Anforderungserzeugungsmodul 504 erzeugt die vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen 508 und 512 im Drehmomentmodus auf der Grundlage der Ergebnisse der Auswahl der Vortriebsdrehmomentanforderungen 290 und der umgesetzten vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen 516 und 520. Die vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen 508 und 512 im Drehmomentmodus werden auf der Grundlage der Fahrerdrehmomentanforderung 254 erzeugt, wie vorstehend beschrieben ist.
  • Ein erstes Wahlmodul 524 empfängt die vorhergesagte Drehmomentanforderung 245 im RPM-Modus und die vorhergesagte Drehmomentanforderung 508 im Drehmomentmodus. Das erste Wahlmodul 524 wählt entweder die vorhergesagte Drehmomentanforderung 245 im RPM-Modus oder die vorhergesagte Drehmomentanforderung 508 im Drehmomentmodus und gibt die gewählte Drehmomentanforderung als rohe vorhergesagte Vortriebsdrehmomentanforderung 528 aus.
  • Das erste Wahlmodul 524 wählt eine der Drehmomentanforderungen zu einem gegebenen Zeitpunkt auf der Grundlage des Modus-Signals 247 aus. Wenn das Modussignal 247 auf den RPM-Modus eingestellt ist, wählt das erste Wahlmodul 524 die vorhergesagte Drehmomentanforderung 245 im RPM-Modus. Wenn das Modussignal 247 auf den Drehmomentmodus eingestellt ist, wählt das erste Wahlmodul 524 die vorhergesagte Drehmomentanforderung 508 im Drehmomentmodus. Auf diese Weise wird die vorhergesagte Drehmomentanforderung 508 im Drehmomentmodus bei Fahrzeuglosfahrereignissen mit Niederdrücken des Gaspedals gewählt und verwendet, und die vorhergesagte Drehmomentanforderung 245 im RPM-Modus wird bei Fahrzeuglosfahrereignissen mit einem Niederdrücken des Gaspedals von null verwendet.
  • Ein zweites Wahlmodul 532 empfängt die unmittelbare Drehmomentanforderung 246 im RPM-Modus und die unmittelbare Drehmomentanforderung 512 im Drehmomentmodus. Das zweite Wahlmodul 532 wählt entweder die unmittelbare Drehmomentanforderung 246 im RPM-Modus oder die unmittelbare Drehmomentanforderung 512 im Drehmomentmodus und gibt die gewählte Drehmomentanforderung als rohe unmittelbare Vortriebsdrehmomentanforderung 536 aus.
  • Das zweite Wahlmodul 532 wählt eine der Drehmomentanforderungen zu einem gegebenen Zeitpunkt auf der Grundlage des Modussignals 247. Wenn das Modussignal 247 auf den RPM-Modus eingestellt ist, wählt das zweite Wahlmodul 532 die unmittelbare Drehmomentanforderung 246 im RPM-Modus. Wenn das Modussignal 247 auf den Drehmomentmodus eingestellt ist, wählt das zweite Wahlmodul 532 die unmittelbare Drehmomentanforderung 512 im Drehmomentmodus. Auf diese Weise wird die unmittelbare Drehmomentanforderung 512 im Drehmomentmodus bei Fahrzeuglosfahrereignissen mit Niederdrücken des Gaspedals gewählt und verwendet und die unmittelbare Drehmomentanforderung 246 im RPM-Modus wird bei Fahrzeuglosfahrereignissen mit einem Niederdrücken des Gaspedals von null verwendet.
  • Ein erstes Ratenbegrenzungsmodul 540 wendet eine erste Ratengrenze auf die rohe vorhergesagte Vortriebsdrehmomentanforderung 528 an und gibt die vorhergesagte Vortriebsdrehmomentanforderung 261 aus. Mit anderen Worten justiert das erste Ratenbegrenzungsmodul 540 die vorhergesagte Vortriebsdrehmomentanforderung 261 in jeder vorbestimmten Zeitspanne bis hin zum ersten Maximalbetrag zu der rohen vorhergesagten Vortriebsdrehmomentanforderung 528 hin. Die erste Ratengrenze entspricht einem ersten Maximalbetrag der Justierung pro vorbestimmter Zeitspanne.
  • Ein zweites Ratenbegrenzungsmodul 544 wendet eine zweite Ratengrenze auf die rohe unmittelbare Vortriebsdrehmomentanforderung 536 an und gibt die unmittelbare Vortriebsdrehmomentanforderung 262 aus. Mit anderen Worten justiert das zweite Ratenbegrenzungsmodul 544 die unmittelbare Vortriebsdrehmomentanforderung 262 um bis zu dem zweiten Betrag pro vorbestimmter Zeitspanne zu der rohen unmittelbaren Vortriebsdrehmomentanforderung 536 hin. Die zweite Ratengrenze entspricht einem zweiten maximalen Betrag der Justierung pro vorbestimmter Zeitspanne.
  • Mit Bezug nun auf 6 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen der vorhergesagten und unmittelbaren Vortriebsdrehmomentanforderung 261 und 262 und zum Steuern der Kraftmaschinenaktoren veranschaulicht. Die Steuerung beginnt mit 604, wobei das Fahrerdrehmomentmodul 202 die Fahrerdrehmomentanforderung 254 bestimmt. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 bestimmt die Fahrerdrehmomentanforderung 254 so, wie es vorstehend in Verbindung mit 3 beschrieben ist.
  • Bei 608 erzeugt das Vortriebsdrehmoment-Auswahlmodul 206 die vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderung 508 und 512 im Drehmomentmodus. Das Vortriebsdrehmoment-Auswahlmodul 206 erzeugt die vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderung 508 und 512 im Drehmomentmodus auf der Grundlage der Fahrerdrehmomentanforderung 254, wie vorstehend erörtert wurde. Bei 612 erzeugt das RPM-Steuerungsmodul 242 die vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderung 245 und 246 im RPM-Modus. Das RPM-Steuerungsmodul 242 erzeugt die vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderung 245 und 246 im RPM-Modus wie vorstehend in Verbindung mit 4 erörtert wurde.
  • Bei 616 bestimmt das Modussteuerungsmodul 244 den Betriebsmodus und stellt das Modussignal 247 ein. Das Modussteuerungsmodul 244 stellt das Modussignal 247 zu einem gegebenen Zeitpunkt entweder auf den RPM-Modus oder auf den Drehmomentmodus ein. Beispielsweise kann das Modussteuerungsmodul 244 das Modussignal 247 auf den RPM-Modus einstellen, wenn eine auf der Grundlage der Fahrereingabe erzeugte Drehmomentanforderung kleiner als ein vorbestimmter Drehmomentwert ist. Wenn die Drehmomentanforderung größer als der vorbestimmte Drehmomentwert ist, kann das Modussteuerungsmodul 244 das Modussignal 247 auf den Drehmomentmodus einstellen.
  • Bei 620 stellen das erste und zweite Wahlmodul 524 und 532 fest, ob das Modussignal 247 auf den Drehmomentmodus eingestellt ist. Wenn dies zutrifft, fährt die Steuerung mit 624 fort; wenn nicht, geht die Steuerung zu 628 weiter. Bei 624 setzt das erste Wahlmodul 524 die rohe vorhergesagte Vortriebsdrehmomentanforderung 528 gleich der vorhergesagten Drehmomentanforderung 508 im Drehmomentmodus und das zweite Wahlmodul 532 setzt die rohe unmittelbare Vortriebsdrehmomentanforderung 536 gleich der unmittelbaren Drehmomentanforderung 512 im Drehmomentmodus. Bei 628 setzt das erste Wahlmodul 524 die rohe vorhergesagte Vortriebsdrehmomentanforderung 528 gleich der vorhergesagten Drehmomentanforderung 245 im RPM-Modus, und das zweite Wahlmodul 532 setzt die rohe unmittelbare Vortriebsdrehmomentanforderung 536 gleich der unmittelbaren Drehmomentanforderung 246 im RPM-Modus. Nach 624 oder 628 fährt die Steuerung mit 632 fort.
  • Das erste Ratenbegrenzungsmodul 540 justiert die vorhergesagte Vortriebsdrehmomentanforderung 261 bei 632 um bis zu dem ersten Maximalbetrag in Richtung der rohen vorhergesagten Vortriebsdrehmomentanforderung 528. Bei 632 justiert auch das zweite Ratenbegrenzungsmodul 544 die unmittelbare Vortriebsdrehmomentanforderung 262 bis zu dem zweiten Maximalbetrag in Richtung der rohen unmittelbaren Vortriebsdrehmomentanforderung 536. Ein oder mehrere Kraftmaschinenaktoren und Kraftmaschinenbetriebsparameter werden bei 636 auf der Grundlage der vorhergesagten und unmittelbaren Vortriebsdrehmomentanforderung 261 und 262 selektiv justiert, und die Steuerung endet. Obwohl die Steuerung so gezeigt und erörtert wurde, dass sie endet, veranschaulicht 6 eine Steuerungsschleife und die Steuerung kann Steuerungsschleifen mit einer vorbestimmten Rate durchführen.
  • Die vorstehende Beschreibung ist nur beispielhaft und ist keinesfalls dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten einzuschränken. Die weit gefassten Lehren der Offenbarung können in einer Vielfalt von Formen implementiert werden. Obwohl diese Offenbarung spezielle Beispiele enthält, soll daher der tatsächliche Umfang der Offenbarung nicht darauf begrenzt sein, da sich bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche andere Modifikationen offenbaren werden. Der Klarheit halber werden gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu bezeichnen. Bei der Verwendung hierin soll der Ausdruck A, B und/oder C so aufgefasst werden, dass er ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oder bedeutet. Es versteht sich, dass ein oder mehrere Schritte in einem Verfahren in einer anderen Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
  • Bei der Verwendung hierin kann der Begriff ”Modul” eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine diskrete Schaltung, eine integrierte Schaltung, eine kombinatorische Logikschaltung, ein im Feld programmierbares Gatearray (FPGA), einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe), der einen Code ausführt, andere geeignete Hardwarekomponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen oder eine Kombination aus einigen oder allen vorstehenden, wie etwa in einem System-On-Chip, bezeichnen, ein Teil davon sein oder diese enthalten. Der Begriff Modul kann einen Speicher enthalten (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) der einen Code speichert, der von dem Prozessor ausgeführt wird.
  • Der Begriff ”Code” kann, so wie er vorstehend verwendet wird, Software, Firmware und/oder Mikrocode enthalten, und kann Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte bezeichnen. Der Begriff ”gemeinsam genutzt” bedeutet, so wie er vorstehend verwendet wird, dass ein Teil oder der gesamte Code von mehreren Modulen unter Verwendung eines einzigen (gemeinsam genutzten) Prozessors ausgeführt werden kann. Zudem kann ein Teil oder der gesamte Code von mehreren Modulen von einem einzigen (gemeinsam genutzten) Speicher gespeichert werden. Der Begriff ”Gruppe” bedeutet, so wie vorstehend verwendet wird, dass ein Teil oder der gesamte Code von einem einzigen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Prozessoren ausgeführt werden kann. Zudem kann ein Teil oder der gesamte Code von einem einzigen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden.
  • Die hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können von einem oder mehreren Computerprogrammen, die von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, teilweise oder vollständig implementiert werden. Die Computerprogramme enthalten von einem Prozessor ausführbare Anweisungen, die auf mindestens einem nicht vorübergehenden konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten enthalten und/oder sich auf diese stützen. Beispiele ohne Einschränkung für das nicht vorübergehende konkrete computerlesbare Medium umfassen nicht flüchtigen Speicher, flüchtigen Speicher, magnetischen Massenspeicher und optischen Massenspeicher.

Claims (10)

  1. Kraftmaschinensteuerungsverfahren für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Fahrerdrehmomentanforderung für eine Kraftmaschine auf der Grundlage einer Gaspedalposition, einer ersten Differenz zwischen einer Kraftmaschinenzieldrehzahl und einer Getriebeeingabedrehzahl und einer zweiten Differenz zwischen der Getriebeeingabedrehzahl und einer gemessenen Kraftmaschinendrehzahl bestimmt wird; erste und zweite Drehmomentanforderungen für die Kraftmaschine auf der Grundlage der Fahrerdrehmomentanforderung erzeugt werden; dritte und vierte Drehmomentanforderungen für die Kraftmaschine auf der Grundlage einer Kraftmaschinenzieldrehzahl, der ersten Differenz und der zweiten Differenz erzeugt werden; auf der Grundlage eines Modussignals: eine fünfte Drehmomentanforderung entweder gleich der ersten Drehmomentanforderung oder gleich der dritten Drehmomentanforderung gesetzt wird; und eine sechste Drehmomentanforderung entweder gleich der zweiten Drehmomentanforderung oder gleich der vierten Drehmomentanforderung gesetzt wird; und mindestens ein Kraftmaschinenbetriebsparameter auf der Grundlage der fünften und/oder der sechsten Drehmomentanforderung selektiv justiert wird.
  2. Kraftmaschinensteuerungsverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: wenn sich das Modussignal in einem ersten Zustand befindet: die fünfte Drehmomentanforderung gleich der ersten Drehmomentanforderung gesetzt wird; und die sechste Drehmomentanforderung gleich der zweiten Drehmomentanforderung gesetzt wird; und wenn sich das Modussignal in einem zweiten Zustand befindet: die fünfte Drehmomentanforderung gleich der dritten Drehmomentanforderung gesetzt wird; und die sechste Drehmomentanforderung gleich der vierten Drehmomentanforderung gesetzt wird.
  3. Kraftmaschinensteuerungsverfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst, dass das Modussignal auf der Grundlage der Fahrerdrehmomentanforderung entweder auf den ersten Zustand oder auf den zweiten Zustand eingestellt wird.
  4. Kraftmaschinensteuerungsverfahren nach Anspruch 3, das ferner umfasst, dass: das Modussignal auf den ersten Zustand eingestellt wird, wenn die Fahrerdrehmomentanforderung größer als ein vorbestimmtes Drehmoment ist; und das Modussignal auf den zweiten Zustand eingestellt wird, wenn die Fahrerdrehmomentanforderung kleiner als das vorbestimmte Drehmoment ist.
  5. Kraftmaschinensteuerungsverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die Fahrerdrehmomentanforderung auf der Grundlage der Gaspedalposition und einer dritten Differenz zwischen der ersten Differenz und der zweiten Differenz bestimmt wird.
  6. Kraftmaschinensteuerungsverfahren nach Anspruch 5, das ferner umfasst, dass die dritte und vierte Drehmomentanforderung auf der Grundlage der Kraftmaschinenzieldrehzahl und der dritten Differenz erzeugt werden.
  7. Kraftmaschinensteuerungsverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass in Ansprechen auf eine Zunahme der Getriebeeingabedrehzahl mit dem Erhöhen der Fahrerdrehmomentanforderung begonnen wird.
  8. Kraftmaschinensteuerungsverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die Kraftmaschinenzieldrehzahl auf der Grundlage der Gaspedalposition und einer Getriebeübersetzung bestimmt wird.
  9. Kraftmaschinensteuerungsverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die Getriebeeingabedrehzahl auf der Grundlage der Drehzahl einer Getriebeausgabewelle und einer Getriebeübersetzung bestimmt wird.
  10. Kraftmaschinensteuerungsverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass auf der Grundlage der fünften und/oder sechsten Drehmomentanforderung eine Öffnung eines Drosselklappenventils, eine Nockenwellenphasenstellung, die Ausgabe einer Verstärkungsvorrichtung, ein Zündfunkenzeitpunkt und/oder eine Kraftstoffzufuhr selektiv justiert werden.
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