DE102014105275B4

DE102014105275B4 - Verfahren zur steuerung einer luftströmung unter verwendung einer steuerung mittels eines voraussagenden modells

Info

Publication number: DE102014105275B4
Application number: DE102014105275.7A
Authority: DE
Inventors: Christopher E. Whitney; Kevin C. Wong; Paul R. Nahra; Julian R. Verdejo
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2034-04-15
Also published as: DE102014105275A1

Abstract

Motorsteuerverfahren für ein Fahrzeug, umfassend, dass:
eine erste Drehmomentanforderung (254) für einen Funkenzündungsmotor (102) basierend auf einer Fahrereingabe (255) erzeugt wird;
die erste Drehmomentanforderung (254) in eine zweite Drehmomentanforderung (308) umgewandelt wird;
Luft- und Abgas-Einstellungspunkte (318, 320, 324, 328, 332) für den Funkenzündungsmotor (102) basierend auf der zweiten Drehmomentanforderung (308) erzeugt werden;
unter Verwendung eines Moduls (360) zur Steuerung mittels eines voraussagenden Modells (MPC-Moduls):
Sätze möglicher Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) basierend auf den Luft- und Abgas-Einstellungspunkten (318, 320, 324, 328, 332) identifiziert werden;
vorausgesagte Parameter basierend auf einem Modell (376) des Funkenzündungsmotors (102) und den jeweiligen Sätzen möglicher Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) erzeugt werden;
einer der Sätze möglicher Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) basierend auf den vorausgesagten Parametern ausgewählt wird; und
Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) basierend auf den möglichen Zielwerten (266, 267, 268, 269, 270) des ausgewählten der Sätze festgelegt werden; und
eine Öffnung eines Drosselventils (112) basierend auf einem ersten (267) der Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) gesteuert wird,
wobei der eine der Sätze möglicher Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) basierend auf Vergleichen der Luft- und Abgas-Einstellungspunkte (318, 320, 324, 328, 332) mit den jeweiligen vorausgesagten Parametern ausgewählt wird.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere Motorsteuersysteme und -verfahren für Fahrzeuge.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verbrennen ein Luft- und Kraftstoffgemisch in Zylindern, um Kolben anzutreiben, was ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Eine Luftströmung in den Motor wird mittels einer Drossel geregelt. Spezieller stellt die Drossel eine Drosselfläche ein, was die Luftströmung in den Motor vergrößert oder verkleinert. Wenn die Drosselfläche zunimmt, nimmt die Luftströmung in den Motor zu. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate ein, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, um ein Soll-Luft/Kraftstoffgemisch an die Zylinder zu liefern und/oder eine Soll-Drehmomentausgabe zu erreichen. Eine Erhöhung der Menge an Luft und Kraftstoff, die an die Zylinder geliefert werden, vergrößert die Drehmomentausgabe des Motors.
Bei Motoren mit Funkenzündung löst ein Zündfunken die Verbrennung eines Luft/Kraftstoffgemischs aus, das an die Zylinder geliefert wird. Bei Motoren mit Kompressionszündung verbrennt die Kompression in den Zylindern das Luft/Kraftstoffgemisch, das an die Zylinder geliefert wird. Der Zündfunkenzeitpunkt und die Luftströmung können die primären Mechanismen zum Einstellen der Drehmomentausgabe der Motoren mit Funkenzündung sein, während die Kraftstoffströmung der primäre Mechanismus zum Einstellen der Drehmomentausgabe der Motoren mit Kompressionszündung sein kann.
Motorsteuersysteme wurden entwickelt, um das Motorausgangsdrehmoment zum Erreichen eines Soll-Drehmoments 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 2007 / 0 174 003 A1 ist ein Motorsteuerverfahren für ein Fahrzeug beschrieben, bei welchem zunächst eine Drehmomentanforderung für einen Motor basierend auf einer Fahrereingabe ermittelt wird. Luft- und Abgas-Einstellungspunkte für den Motor werden basierend auf der Drehmomentanforderung erzeugt. Ferner werden unter Verwendung eines voraussagenden Modells Sätze möglicher Zielwerte basierend auf den Luft- und den Abgaseinstellungspunkten identifiziert und vorausgesagte Parameter basierend auf einem Modell des Motors und den jeweiligen Sätzen möglicher Zielwerte erzeugt. Einer der Sätze möglicher Zielwerte wird basierend auf den vorausgesagten Parametern ausgewählt, um Zielwerte basierend auf den möglichen Zielwerten des ausgewählten der Sätze festzulegen. Schließlich wird eine Öffnung eines Drosselventils des Motors basierend auf einem der Zielwerte gesteuert.
Die WO 2006/ 107 525 A1 beschreibt ein ähnliches Verfahren, bei dem jedoch anstelle der Steuerung eines Drosselventils eine Abstimmung zwischen einer Kraftstoff- und einer Luftsteuerung eines Dieselmotors erfolgt.
In der US 2013 / 0 060 448 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Motors anhand von Zielwerten beschrieben, für welche vorbestimmte Bereiche festgelegt werden.
Die DE 10 2007 025 432 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines Motors, bei welchem eine Öffnung eines Drosselventils des Motors basierend auf einem Zielwert für eine Lufteinlassströmung gesteuert wird, der unter Berücksichtigung eines Reaktionsverzögerungsmodells ermittelt wird.
Ferner ist in der DE 10 2008 004 361 A1 ein Verfahren zur Regelung eines Motors beschrieben, bei welchem ein Sollwert der Verbrennungsphasenlage als Führungsgröße zur Regelung von Einspritzung und Luftzufuhr verwendet wird.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Motorsteuerverfahren für ein Fahrzeug zu schaffen, bei dem eine Drehmomentausgabe eines Motors anhand von Zielwerten für Aktuatoren des Motors derart gesteuert wird, dass die Stabilität der Steuerung ohne zusätzlichen Kraftstoffverbrauch aufrechterhalten wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das Motorsteuerverfahren für ein Fahrzeug umfasst: dass eine erste Drehmomentanforderung für einen Funkenzündungsmotor basierend auf einer Fahrereingabe erzeugt wird; dass die erste Drehmomentanforderung in eine zweite Drehmomentanforderung umgewandelt wird; und dass Luft- und Abgas-Einstellungspunkte für den Funkenzündungsmotor basierend auf der zweiten Drehmomentanforderung erzeugt werden. Das Verfahren umfasst ferner, dass unter Verwendung eines Moduls zur Steuerung mittels eines voraussagenden Modells (MPC-Moduls): Sätze möglicher Zielwerte basierend auf den Luft- und den Abgaseinstellungspunkten identifiziert werden; vorausgesagte Parameter basierend auf einem Modell des Funkenzündungsmotors und den jeweiligen Sätzen möglicher Zielwerte erzeugt werden; einer der Sätze möglicher Zielwerte basierend auf den vorausgesagten Parametern ausgewählt wird; und Zielwerte basierend auf den möglichen Zielwerten des ausgewählten der Sätze festgelegt werden. Das Verfahren umfasst ferner, dass eine Öffnung eines Drosselventils basierend auf einem ersten der Zielwerte gesteuert wird.
Das Verfahren umfasst ferner, dass der eine der Sätze möglicher Zielwerte basierend auf Vergleichen der Luft- und der Abgas-Einstellungspunkte mit den jeweiligen vorausgesagten Parametern ausgewählt wird.
Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner: dass eine Öffnung eines Ladedruck-Regelventils basierend auf einem zweiten der Zielwerte gesteuert wird; dass eine Öffnung eines Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils) basierend auf einem dritten der Zielwerte gesteuert wird; und dass eine Einlass- und eine Auslass-Ventilphaseneinstellung basierend auf einem vierten und einem fünften der Zielwerte gesteuert wird.
Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner: dass Aufwände für die Sätze möglicher Zielwerte basierend auf den Vergleichen der Luft- und der Abgas-Einstellungspunkte mit den jeweiligen vorausgesagten Parametern ermittelt werden; und dass der eine der Sätze möglicher Zielwerte basierend auf den Aufwänden ausgewählt wird.
Gemäß noch weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner, dass die Zielwerte auf Werte innerhalb jeweiliger vorbestimmter Bereiche für die Zielwerte festgelegt werden.
Gemäß noch weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner, dass die Luft- und Abgas-Einstellungspunkte ferner basierend auf einer gewünschten Verbrennungsphaseneinstellung erzeugt werden.
Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner, dass die Luft- und Abgas-Einstellungspunkte ferner basierend auf jeweiligen vorbestimmten Bereichen für die Luft- und Abgas-Einstellungspunkte erzeugt werden.
Gemäß noch weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner, dass die Luft- und Abgas-Einstellungspunkte ferner basierend auf einer Anzahl deaktivierter Zylinder erzeugt werden.
Gemäß noch weiteren Merkmalen umfassen die Einstellungspunkte einen Einlasskrümmerdruck-Einstellungspunkt, einen Einstellungspunkt für eine Masse einer Luft pro Zylinder (APC-Einstellungspunkt), einen Einstellungspunkt für eine äußere Verdünnung, einen Einstellungspunkt für eine Restverdünnung und einen Einstellungspunkt für ein Kompressionsverhältnis.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden anhand der ausführlichen Beschreibung, der Ansprüche und der Zeichnungen offensichtlich werden. Die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele sind nur zu Darstellungszwecken gedacht und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:

1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Luftsteuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
4 ein Flussdiagramm umfasst, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines Drosselventils, einer Einlass- und einer Auslass-Ventilphaseneinstellung, eines Ladedruck-Regelventils und eines Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils) unter Verwendung einer Steuerung mittels eines voraussagenden Modells gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.

In den Zeichnungen können Bezugszeichen erneut verwendet werden, um ähnliche und/oder identische Elemente zu identifizieren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Motorsteuermodul (ECM) steuert eine Drehmomentausgabe eines Motors. Spezieller steuert das ECM Aktuatoren des Motors jeweils basierend auf Zielwerten, um einen angeforderten Betrag eines Drehmoments zu erzeugen. Beispielsweise steuert das ECM eine Einlass- und eine Auslass-Nockenphaseneinstellung basierend auf einem Ziel-Einlass- und einem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel, ein Drosselventil basierend auf einer Ziel-Drosselöffnung, ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) basierend auf einer Ziel-AGR-Öffnung und ein Ladedruck-Regelventil eines Turboladers basierend auf einem Ziel-Tastverhältnis für das Ladedruck-Regelventil.
Das ECM könnte die Zielwerte einzeln unter Verwendung mehrerer Controller mit einer einzigen Eingabe und einer einzigen Ausgabe (SISO-Controllern) ermitteln, wie beispielsweise unter Verwendung von Proportional-Integral-Ableitungscontrollern (PID-Controllern). Wenn mehrere SISO-Controller verwendet werden, können die Zielwerte jedoch derart festgelegt werden, dass die Systemstabilität zu Lasten möglicher Kraftstoffverbrauchsverringerungen aufrechterhalten wird. Zusätzlich können die Kalibrierung und die Konstruktion der einzelnen SISO-Controller teuer und zeitaufwendig sein.
Das ECM der vorliegenden Offenbarung erzeugt die Zielwerte unter Verwendung einer Steuerung mittels eines voraussagenden Modells (MPC). Spezieller erzeugt das ECM verschiedene Luft- und Abgaseinstellungspunkte des Motors, wie beispielsweise einen Krümmerdruck-Einstellungspunkt, einen Einstellungspunkt für eine Luft pro Zylinder (APC-Einstellungspunkt), Einstellungspunkte für eine externe Verdünnung und eine Restverdünnung sowie einen Einstellungspunkt für das Kompressionsverhältnis.
Das ECM identifiziert mögliche Sätze von Zielwerten zum Erreichen der Einstellungspunkte. Das ECM ermittelt vorausgesagte Parameter (Antworten) für jeden der möglichen Sätze basierend auf den Zielwerten der möglichen Sätze und einem Modell des Motors. Beschränkungen werden ebenso berücksichtigt. Das ECM ermittelt einen Aufwand, welcher der Verwendung jedes der möglichen Sätze zugeordnet ist, basierend auf Vergleichen der vorausgesagten Parameter mit den jeweiligen Einstellungspunkten. Beispielsweise kann das ECM den Aufwand, der einem möglichen Satz zugeordnet ist, basierend darauf ermittelt, wie schnell die vorausgesagten Parameter die Einstellungspunkte erreichen und/oder wie weit die vorausgesagten Parameter über die jeweiligen Einstellungspunkte hinausschießen. Das ECM kann den einen der möglichen Sätze mit dem geringsten Aufwand auswählen und die Zielwerte unter Verwendung der Zielwerte des ausgewählten möglichen Satzes festlegen.
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. Der Motor 102 kann ein Benzin-Verbrennungsmotor mit Funkenzündung sein.
Luft wird durch ein Drosselventil 112 in einen Einlasskrümmer 110 eingelassen. Lediglich beispielhaft kann das Drosselventil 112 eine Drosselklappe mit einem drehbaren 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 Ziel-Luft/Kraftstoffverhältnis zu erreichen. Kraftstoff kann an einem zentralen Ort oder an mehreren Orten, wie z.B. in der Nähe des Einlassventils 122 jedes der Zylinder, in den Einlasskrümmer 110 eingespritzt werden. Bei verschiedenen Implementierungen (nicht gezeigt) kann der Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in Mischkammern, die den Zylindern zugeordnet sind, eingespritzt werden. Das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 kann die Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder stoppen, die deaktiviert sind.
Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 118. Während des Kompressionstakts komprimiert ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 das Luft/Kraftstoffgemisch. Ein Zündfunken-Aktuatormodul 126 aktiviert eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118 basierend auf einem Signal von dem ECM 114, welche das Luft/Kraftstoffgemisch zündet. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu der Zeit spezifiziert werden, zu der sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird.
Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann durch ein Zeitpunktsignal gesteuert werden, das spezifiziert, wie weit vor oder nach dem TDC der Zündfunken erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition mit der Kurbelwellendrehung in direkter Beziehung steht, kann der Betrieb des Zündfunken-Aktuatormoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert werden. Das Erzeugen des Zündfunkens kann als ein Zündungsereignis bezeichnet werden. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann die Fähigkeit aufweisen, den Zeitpunkt des Zündfunkens für jedes Zündungsereignis zu variieren. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann den Zündfunkenzeitpunkt für ein nächstes Zündungsereignis variieren, wenn der Zündfunkenzeitpunkt zwischen einem letzten Zündungsereignis und dem nächsten Zündungsereignis verändert wird. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann die Lieferung des Zündfunkens an die deaktivierten Zylinder stoppen.
Während des Verbrennungstakts treibt die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs den Kolben weg von dem TDC, 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 einen unteren Totpunkt (BDC) erreicht. Während des Auslasstakts beginnt der Kolben, sich wieder von dem BDC weg 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. Bei verschiedenen anderen Implementierungen können das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 durch andere Einrichtungen als Nockenwellen gesteuert werden, wie beispielsweise durch nockenlose Ventilaktuatoren. Das Zylinder-Aktuatormodul 120 kann den Zylinder 118 deaktivieren, indem das Öffnen des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 deaktiviert wird.
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 einen Turbolader aufweisen, 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 Kompressor 160-2 komprimiert die Luft, 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), der durch den Turbolader geliefert wird, verringert wird. Ein Ladedruck-Aktuatormodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers steuern, indem eine Öffnung des Ladedruck-Regelventils 162 gesteuert wird. Bei verschiedenen Implementierungen können zwei oder mehr Turbolader implementiert sein und durch das Ladedruck-Aktuatormodul 164 gesteuert werden.
Ein Luftkühler (nicht gezeigt) kann Wärme von der komprimierten Luftladung auf ein Kühlungsmedium übertragen, beispielsweise auf ein Motorkühlmittel oder auf Luft. Ein Luftkühler, der die komprimierte Luftladung unter Verwendung eines Motorkühlmittels kühlt, kann als ein Zwischenkühler bezeichnet werden. Ein Luftkühler, der die komprimierte Luftladung unter Verwendung von Luft kühlt, kann als ein Ladungsluftkühler bezeichnet werden. Die komprimierte Luftladung kann Wärme beispielsweise mittels der Kompression und/oder von Komponenten des Abgassystems 134 aufnehmen. 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 basierend auf Signalen von dem ECM 114 gesteuert werden.
Eine Position der Kurbelwelle kann unter Verwendung eines Kurbelwellen-Positionssensors 180 gemessen werden. Eine Drehzahl der Kurbelwelle (eine Motordrehzahl) kann basierend auf der Position der Kurbelwelle ermittelt werden. Eine 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 beispielsweise in einem Kühler (nicht gezeigt).
Ein Druck in dem Einlasskrümmer 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 184 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorvakuum gemessen werden, das die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 110 ist. Eine 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. Eine Umgebungstemperatur der Luft, die in den Motor 102 eingelassen wird, kann unter Verwendung eines Einlassluft-Temperatursensors (IAT-Sensors) 192 gemessen werden. Das Motorsystem 100 kann auch einen oder mehrere andere Sensoren 193 umfassen, wie beispielsweise einen Umgebungsfeuchtigkeitssensor, einen oder mehrere Klopfsensoren, einen Kompressor-Auslassdrucksensor und/oder einen Drossel-Einlassdrucksensor, einen Positionssensor für das Ladedruck-Regelventil, einen AGR-Positionssensor und/oder einen oder mehrere andere geeignete Sensoren. 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 Motoraktuator bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Drossel-Aktuatormodul 116 die Öffnung des Drosselventils 112 einstellen, um eine Ziel-Drosselöffnungsfläche zu erreichen. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 steuert die Zündkerzen, um einen Ziel-Zündfunkenzeitpunkt relativ zu dem Kolben-TDC zu erreichen. Das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 steuert die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, um Ziel-Kraftstoffzufuhrparameter zu erreichen. Das Phasensteller-Aktuatormodul 158 kann den Einlass- und den Auslass-Nockenphasensteller 148 und 150 steuern, um einen Ziel-Einlass- bzw. einen Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel zu erreichen. Das AGR-Aktuatormodul 172 kann das AGR-Ventil 170 steuern, um eine Ziel-AGR-Öffnungsfläche zu erreichen. Das Ladedruck-Aktuatormodul 164 steuert das Ladedruck-Regelventil 162, um eine Ziel-Öffnungsfläche für das Ladedruck-Regelventil zu erreichen. Das Zylinder-Aktuatormodul 120 steuert eine Zylinderdeaktivierung, um eine Zielanzahl von aktivierten oder deaktivierten Zylindern zu erreichen.
Das ECM 114 erzeugt die Zielwerte für die Motoraktuatoren, um zu bewirken, dass der Motor 102 ein Ziel-Motorausgangsdrehmoment erzeugt. Das ECM 114 erzeugt die Zielwerte für die Motoraktuatoren unter Verwendung einer Steuerung mittels eines voraussagenden Modells, wie es nachstehend weiter diskutiert wird.
Nun auf 2 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems dargestellt. Eine beispielhafte Implementierung des ECM 114 umfasst ein Fahrerdrehmomentmodul 202, ein Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 und ein Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206. Das ECM 114 kann auch ein Hybridoptimierungsmodul 208 umfassen. Das ECM 114 umfasst auch ein Reserven/Lastenmodul 220, ein Drehmomentanforderungsmodul 224, ein Luftsteuermodul 228, ein Zündfunkensteuermodul 232, ein Zylindersteuermodul 236 und ein Kraftstoffsteuermodul 240.
Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine Fahrerdrehmomentanforderung 254 basierend auf einer Fahrereingabe 255 von dem Fahrereingabemodul 104 ermitteln. Die Fahrereingabe 255 kann beispielsweise auf einer Gaspedalposition und/oder einer Bremspedalposition basieren. Die Fahrereingabe 255 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 Ziel-Drehmoment speichern, und es kann die Fahrerdrehmomentanforderung 254 basierend auf einer Ausgewählten der Abbildungen ermitteln.
Ein Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 vermittelt zwischen der Fahrerdrehmomentanforderung 254 und anderen Achsendrehmomentanforderungen 256. Ein Achsendrehmoment (Drehmoment an den Rädern) kann durch verschiedene Quellen erzeugt werden, die einen Verbrennungsmotor und/oder einen Elektromotor umfassen. Beispielsweise können die Achsendrehmomentanforderungen 256 eine Drehmomentverringerung umfassen, die von einem Traktionssteuersystem angefordert wird, wenn ein positiver Radschlupf detektiert wird. Ein positiver Radschlupf tritt auf, wenn das Achsendrehmoment die Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche überwindet und die Räder beginnen, gegenüber der Straßenoberfläche zu rutschen. Die anderen Achsendrehmomentanforderungen 256 können auch eine Anforderung einer Drehmomentzunahme umfassen, um einem negativen Radschlupf entgegenwirken, bei dem ein Reifen des Fahrzeugs bezogen auf die Straßenoberfläche in der anderen Richtung rutscht, da das Achsendrehmoment negativ ist.
Die Achsendrehmomentanforderungen 256 können auch Bremsmanagementanforderungen und Drehmomentanforderungen aufgrund überhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen. Bremsmanagementanforderungen können das Achsendrehmoment verringern, um sicherzustellen, dass das Achsendrehmoment nicht die Fähigkeit der Bremsen übersteigt, das Fahrzeug zu halten, wenn das Fahrzeug gestoppt wird. Die Drehmomentanforderungen aufgrund überhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit können das Achsendrehmoment verringern, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet. Die Achsendrehmomentanforderungen 256 können auch von Fahrzeugstabilitäts-Kontrollsystemen erzeugt werden.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 gibt eine vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und eine Momentandrehmomentanforderung 258 basierend auf den Ergebnissen einer Vermittlung zwischen den empfangenen Drehmomentanforderungen 254 und 256 aus. Wie nachstehend beschrieben ist, können die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und die Momentandrehmomentanforderung 258 von dem Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 durch andere Module des ECM 114 selektiv angepasst werden, bevor sie verwendet werden, um die Motoraktuatoren zu steuern.
Allgemein ausgedrückt kann die Momentandrehmomentanforderung 258 ein Betrag eines derzeitig gewünschten Achsendrehmoments sein, während die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 ein Betrag des Achsendrehmoments sein kann, der kurzfristig benötigt werden kann. Das ECM 114 steuert das Motorsystem 100, um ein Achsendrehmoment zu erzeugen, das gleich der Momentandrehmomentanforderung 258 ist. Verschiedene Kombinationen von Zielwerten können jedoch zu demselben Achsendrehmoment führen. Das ECM 114 kann daher die Zielwerte anpassen, um einen schnelleren Übergang zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 zu ermöglichen, während das Achsendrehmoment weiterhin bei der Momentdrehmomentanforderung 258 gehalten wird.
Bei verschiedenen Implementierungen kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 basierend auf der Fahrerdrehmomentanforderung 254 festgelegt werden. Die Momentandrehmomentanforderung 258 kann unter bestimmten Umständen kleiner als die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 festgelegt werden, beispielsweise wenn die Fahrerdrehmomentanforderung 254 auf einer vereisten Oberfläche einen Radschlupf verursacht. In einem solchen Fall kann ein Traktionssteuersystem (nicht gezeigt) eine Verringerung mittels der Momentandrehmomentanforderung 258 anfordern, und das ECM 114 verringert die Motordrehmomentausgabe auf die Momentandrehmomentanforderung 258. Das ECM 114 führt die Verringerung jedoch derart aus, dass das Motorsystem 100 die Erzeugung der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 schnell wieder aufnehmen kann, sobald der Radschlupf aufhört.
Allgemein ausgedrückt kann die Differenz zwischen der Momentandrehmomentanforderung 258 und der (im Allgemeinen höheren) vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 als eine Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die Drehmomentreserve kann den Betrag eines zusätzlichen Drehmoments (oberhalb der Momentandrehmomentanforderung 258) repräsentieren, den das Motorsystem 100 mit einer minimalen Verzögerung zu erzeugen beginnen kann. Schnelle Motoraktuatoren werden verwendet, um das gegenwärtige Achsendrehmoment mit einer minimalen Verzögerung zu erhöhen oder zu verringern. Schnelle Motoraktuatoren sind anders als langsame Motoraktuatoren definiert.
Allgemein ausgedrückt können die schnellen Motoraktuatoren das Achsendrehmoment schneller als die langsamen Motoraktuatoren verändern. Die langsamen Motoraktuatoren können langsamer als die schnellen Motoraktuatoren auf Änderungen ihrer jeweiligen Zielwerte ansprechen. Ein langsamer Motoraktuator kann beispielsweise mechanische Komponenten umfassen, die Zeit erfordern, um sich in Ansprechen auf eine Änderung des Zielwerts von einer Position in eine andere zu bewegen. Ein langsamer Motoraktuator kann auch durch die Zeitspanne charakterisiert werden, die benötigt wird, damit sich das Achsendrehmoment zu ändern beginnt, sobald der langsame Motoraktuator den veränderten Zielwert zu implementieren beginnt. Allgemein wird diese Zeitspanne für langsame Motoraktuatoren länger als für schnelle Motoraktuatoren sein. Sogar nachdem es sich zu verändern beginnt, kann das Achsendrehmoment zusätzlich länger benötigen, um auf eine Änderung in einem langsamen Aktuator vollständig anzusprechen.
Lediglich beispielhaft kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 ein schneller Aktuator sein. Motoren mit Funkenzündung können Kraftstoffe, die beispielsweise Benzin und Ethanol umfassen, durch Anwendung eines Zündfunkens verbrennen. Im Gegensatz dazu kann das Drossel-Aktuatormodul 116 ein langsamer Aktuator sein.
Beispielsweise kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126, wie es vorstehend beschrieben ist, in der Lage sein, sogar dann den Zündfunkenzeitpunkt für ein nächstes Zündungsereignis zu verändern, wenn der Zündfunkenzeitpunkt zwischen einem letzten Zündungsereignis und einem nächsten Zündungsereignis verändert wird. Im Gegensatz dazu benötigen Änderungen in der Drosselöffnung länger, um das Motorausgangsdrehmoment zu beeinflussen. Das Drossel-Aktuatormodul 116 verändert die Drosselöffnung, indem der Winkel des Blatts des Drosselventils 112 angepasst wird. Sobald der Zielwert für die Öffnung des Drosselventils 112 verändert wird, gibt es daher eine mechanische Verzögerung, wenn sich das Drosselventil 112 in Ansprechen auf die Änderung von seiner vorhergehenden Position in eine neue Position bewegt. Zusätzlich sind Luftströmungsänderungen basierend auf der Drosselöffnung 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 Drosselöffnung auf einen Wert eingestellt wird, der dem Motor 102 ermöglichen würde, eine vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 zu erzeugen. In der Zwischenzeit kann der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf einer Momentandrehmomentanforderung 258 eingestellt werden, die kleiner als die vorgesagte Drehmomentanforderung 257 ist. Obwohl die Drosselöffnung eine ausreichende Luftströmung für den Motor 102 erzeugt, um die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 zu erzeugen, wird der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf der Momentandrehmomentanforderung 258 nach spät verstellt (was das Drehmoment verringert). Das Motorausgangsdrehmoment wird daher gleich der Momentandrehmomentanforderung 258 sein.
Wenn ein zusätzliches Drehmoment erforderlich ist, kann der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 oder einem Drehmoment zwischen der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 und der Momentandrehmomentanforderung 258 eingestellt werden. Mit dem nachfolgenden Zündungsereignis kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 den Zündfunkenzeitpunkt auf einen optimalen Wert zurücksetzen, der dem Motor 102 ermöglicht, das volle Motorausgangsdrehmoment zu erzeugen, das mit der bereits vorhandenen Luftströmung erreichbar ist. Das Motorausgangsdrehmoment kann daher schnell auf die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 erhöht werden, ohne dass Verzögerungen aufgrund des Änderns der Drosselöffnungsfläche wahrgenommen werden.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und die Momentandrehmomentanforderung 258 an ein Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 ausgeben. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und die Momentandrehmomentanforderung 258 an das Hybridoptimierungsmodul 208 ausgeben.
Das Hybridoptimierungsmodul 208 kann ermitteln, wie viel Drehmoment durch den Motor 102 erzeugt werden sollte und wie viel Drehmoment durch den Elektromotor 198 erzeugt werden sollte. Das Hybridoptimierungsmodul 208 gibt dann eine modifizierte vorausgesagte Drehmomentanforderung 259 bzw. eine modifizierte Momentandrehmomentanforderung 260 an das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 aus. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Hybridoptimierungsmodul 208 in dem Hybridsteuermodul 196 implementiert werden.
Die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung, die von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 empfangen werden, werden von einer Achsendrehmomentdomäne (Drehmoment an den Rädern) in eine Antriebsdrehmomentdomäne (Drehmoment an der Kurbelwelle) umgewandelt. Diese Umwandlung kann vor oder nach dem Hybridoptimierungsmodul 208, als Teil von diesem oder an dessen Stelle auftreten.
Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 vermittelt zwischen Antriebsdrehmomentanforderungen 290, einschließlich der umgewandelten vorausgesagten Drehmomentanforderung und der umgewandelten Momentandrehmomentanforderung. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 erzeugt eine vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 und eine vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262. Die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262 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 Drehmomentanforderungen modifiziert wird.
Die Antriebsdrehmomentanforderungen 290 können beispielsweise 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 290 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 290 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 dann, wenn eine Motorabschaltanforderung vorliegt, die Motorabschaltanforderung als die gewinnende Anforderung aus. Wenn die Motorabschaltanforderung vorliegt, kann das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 Null für die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262 ausgeben.
Bei verschiedenen Implementierungen kann eine Motorabschaltanforderung den Motor 102 separat von dem Vermittlungsprozess einfach abschalten. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 kann die Motorabschaltanforderung weiterhin empfangen, so dass beispielsweise geeignete Daten zu den anderen Drehmomentanforderem zurückgeführt werden können. Beispielsweise können alle anderen Drehmomentanforderer informiert werden, dass sie die Vermittlung verloren haben.
Das Reserven/Lastenmodul 220 empfängt die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262 anpassen, um eine Drehmomentreserve zu erzeugen und/oder eine oder mehrere Lasten zu kompensieren. Das Reserven/Lastenmodul 220 gibt anschließend eine angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 und eine angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 an das Drehmomentanforderungsmodul 224 aus.
Lediglich beispielhaft kann ein Katalysator-Anspringprozess oder ein Prozess zur Verringerung von Kaltstartemissionen erfordern, dass der Zündfunkenzeitpunkt nach spät verstellt wird. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann daher die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 über die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 hinaus erhöhen, um einen nach spät verstellten Zündfunkenzeitpunkt für den Prozess zur Verringerung von Kaltstartemissionen zu erzeugen. Bei einem anderen Beispiel können das Luft/Kraftstoffverhältnis des Motors und/oder die Luftmassenströmung direkt variiert werden, wie z.B. durch ein Testen des Äquivalenzverhältnisses mittels einer eingreifenden Diagnostik und/oder durch ein Spülen eines neuen Motors. Bevor diese Prozesse beginnen, kann eine Drehmomentreserve erzeugt oder erhöht werden, um Verringerungen in dem Motorausgangsdrehmoment schnell auszugleichen, die während dieser Prozesse daraus resultieren, dass das Luft/Kraftstoffgemisch magerer wird.
Das Reserven/Lastenmodul 220 kann auch eine Drehmomentreserve in Erwartung einer zukünftigen Last erzeugen oder verringern, wie z.B. des Betriebs der Servolenkungspumpe oder des Einrückens einer Klimaanlagen-Kompressorkupplung (A/C-Kompressorkupplung). Die Reserve für das Einrücken der A/C-Kompressorkupplung kann erzeugt werden, wenn der Fahrer die Klimaanlage zum ersten Mal anfordert. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 erhöhen, während die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 unverändert belassen wird, um die Drehmomentreserve zu erzeugen. Dann, wenn die A/C-Kompressorkupplung einrückt, kann das Reserven/Lastenmodul 220 die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 um die geschätzte Last der A/C-Kompressorkupplung erhöhen.
Das Drehmomentanforderungsmodul 224 empfängt die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 und die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264. Das Drehmomentanforderungsmodul 224 ermittelt, wie die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 und die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 erreicht werden. Das Drehmomentanforderungsmodul 224 kann für den Motortyp spezifisch sein. Beispielsweise kann das Drehmomentanforderungsmodul 224 für Motoren mit Funkenzündung gegenüber Motoren mit Kompressionszündung unterschiedlich implementiert werden oder unterschiedliche Steuerschemata verwenden.
Bei verschiedenen Implementierungen kann das Drehmomentanforderungsmodul 224 eine Grenze zwischen den Modulen, die bei allen Motortypen üblich sind, und den Modulen definieren, die für den Motortyp spezifisch sind. Lediglich beispielhaft können die Motortypen Motoren mit Funkenzündung und Motoren mit Kompressionszündung umfassen. Die Module vor dem Drehmomentanforderungsmodul 224, wie beispielsweise das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206, können bei allen Motortypen üblich sein, während das Drehmomentanforderungsmodul 224 und die nachfolgenden Module für den Motortyp spezifisch sein können.
Das Drehmomentanforderungsmodul 224 ermittelt eine Luftdrehmomentanforderung 265 basierend auf der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung 263 und der angepassten Momentandrehmomentanforderung 264. Die Luftdrehmomentanforderung 265 kann ein Bremsdrehmoment sein. Das Bremsdrehmoment kann sich auf ein Drehmoment an der Kurbelwelle unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen beziehen.
Zielwerte für Motoraktuatoren, die eine Luftströmung steuern, werden basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 ermittelt. Spezieller ermittelt das Luftsteuermodul 228 basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 eine Ziel-Öffnungsfläche 266 für ein Ladedruck-Regelventil, eine Ziel-Drosselöffnungsfläche 267, eine Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268, einen Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 269 und einen Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270. Das Luftsteuermodul 228 ermittelt die Ziel-Öffnungsfläche 266 für das Ladedruck-Regelventil, die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267, die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268, den Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 269 und den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 unter Verwendung einer Steuerung mittels eines voraussagenden Modells, wie es nachstehend weiter diskutiert wird.
Das Ladedruck-Aktuatormodul 164 steuert das Ladedruck-Regelventil 162, um die Ziel-Öffnungsfläche 266 für das Ladedruck-Regelventil zu erreichen. Beispielsweise kann ein erstes Umwandlungsmodul 272 die Ziel-Öffnungsfläche 266 für das Ladedruck-Regelventil in ein Ziel-Tastverhältnis 274 umwandeln, das auf das Ladedruck-Regelventil 162 angewendet werden soll, und das Ladedruck-Aktuatormodul 164 kann ein Signal auf das Ladedruck-Regelventil 162 anwenden, das auf dem Ziel-Tastverhältnis 274 basiert. Bei verschiedenen Implementierungen kann das erste Umwandlungsmodul 272 die Ziel-Öffnungsfläche 266 für das Ladedruck-Regelventil in eine Ziel-Position (nicht gezeigt) für das Ladedruck-Regelventil umwandeln, und es kann die Ziel-Position für das Ladedruck-Regelventil in das Ziel-Tastverhältnis 274 umwandeln.
Das Drossel-Aktuatormodul 116 steuert das Drosselventil 112, um die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 zu erreichen. Beispielsweise kann ein zweites Umwandlungsmodul 276 die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 in ein Ziel-Tastverhältnis 278 umwandeln, das auf das Drosselventil 112 angewendet werden soll, und das Drossel-Aktuatormodul 116 kann ein Signal auf das Drosselventil 112 anwenden, welches auf dem Ziel-Tastverhältnis 278 basiert. Bei verschiedenen Implementierungen kann das zweite Umwandlungsmodul 276 die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 in eine Ziel-Drosselposition (nicht gezeigt) umwandeln, und es kann die Ziel-Drossel-Drosselposition in das Ziel-Tastverhältnis 278 umwandeln.
Das AGR-Aktuatormodul 172 steuert das AGR-Ventil 170, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 zu erreichen. Beispielsweise kann ein drittes Umwandlungsmodul 280 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 in ein Ziel-Tastverhältnis 282 umwandeln, das auf das AGR-Ventil 170 angewendet werden soll, und das AGR-Aktuatormodul 172 kann ein Signal auf das AGR-Ventil 170 anwenden, welches auf dem Ziel-Tastverhältnis 282 basiert. Bei verschiedenen Implementierungen kann das dritte Umwandlungsmodul 280 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 in eine Ziel-AGR-Position (nicht gezeigt) umwandeln, und es kann die Ziel-AGR-Position in das Ziel-Tastverhältnis 282 umwandeln.
Das Phasensteller-Aktuatormodul 158 steuert den Einlass-Nockenphasensteller 148, um den Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 269 zu erreichen. Das Phasensteller-Aktuatormodul 158 steuert auch den Auslass-Nockenphasensteller 150, um den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 zu erreichen. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein viertes Umwandlungsmodul (nicht gezeigt) eingebunden sein, und es kann den Ziel-Einlass- und den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel in ein Ziel-Einlass- bzw. ein Ziel-Auslass-Tastverhältnis umwandeln. Das Phasensteller-Aktuatormodul 158 kann das Ziel-Einlass- und das Ziel-Auslass-Tastverhältnis auf den Einlass- bzw. den Auslass-Nockenphasensteller 148 bzw. 150 anwenden.
Das Drehmomentanforderungsmodul 224 kann auch eine Zündfunken-Drehmomentanforderung 283, eine Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung 284 und eine Kraftstoff-Drehmomentanforderung 285 basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung 263 und der Momentandrehmomentanforderung 264 erzeugen. Das Zündfunkensteuermodul 232 kann basierend auf der Zündfunken-Drehmomentanforderung 283 ermitteln, um wie viel der Zündfunkenzeitpunkt bezogen auf einen optimalen Zündfunkenzeitpunkt nach spät verstellt werden soll (was das Motorausgangsdrehmoment verringert). Lediglich beispielhaft kann eine Drehmomentbeziehung invertiert werden, um diese nach einem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 286 aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (T_req) kann der Ziel-Zündfunkenzeitpunkt (S_T) 286 ermittelt werden basierend auf: $S_{T} = f^{- 1} (T_{r e q}, A P C, I, E, A F, O T, #) .$
Diese Beziehung kann durch eine Gleichung und/oder durch eine Nachschlagetabelle verkörpert werden. Das Luft/Kraftstoffverhältnis (AF) kann das Ist-Luft/Kraftstoffverhältnis sein, wie es von dem Kraftstoffsteuermodul 240 angegeben wird.
Wenn der Zündfunkenzeitpunkt auf den optimalen Zündfunkenzeitpunkt eingestellt wird, kann das resultierende Drehmoment so nahe wie möglich bei einem mittleren Bestdrehmoment (MBT) liegen. Das MBT bezieht sich auf das maximale Motorausgangsdrehmoment, das für eine gegebene Luftströmung erzeugt wird, wenn der Zündfunkenzeitpunkt vorverstellt wird, während Kraftstoff mit einer Oktanzahl größer als eine vorbestimmte Oktanzahl und eine stöchiometrische Kraftstoffzufuhr verwendet werden. Der Zündfunkenzeitpunkt, bei dem dieses maximale Drehmoment auftritt, wird als ein MBT-Zündfunkenzeitpunkt bezeichnet. Der optimale Zündfunkenzeitpunkt kann sich beispielsweise aufgrund der Kraftstoffqualität (wenn beispielsweise Kraftstoff mit geringerer Oktanzahl verwendet wird) und aufgrund von Umweltfaktoren von dem MBT-Zündfunkenzeitpunkt leicht unterscheiden. Das Motorausgangsdrehmoment bei dem optimalen Zündfunkenzeitpunkt kann daher kleiner als das MBT sein. Lediglich beispielhaft kann eine Tabelle mit optimalen Zündfunkenzeitpunkten, die unterschiedlichen Motorbetriebsbedingungen entsprechen, während einer Kalibrierungsphase der Fahrzeugkonstruktion ermittelt werden, und der optimale Wert wird basierend auf den gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen anhand der Tabelle ermittelt.
Die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung 284 kann durch das Zylindersteuermodul 236 verwendet werden, um eine Zielanzahl 287 von zu deaktivierenden Zylindern zu ermitteln. Bei verschiedenen Implementierungen kann eine Zielanzahl von zu aktivierenden Zylindern verwendet werden. Das Zylinder-Aktuatormodul 120 aktiviert und deaktiviert selektiv die Ventile der Zylinder basierend auf der Zielanzahl 287.
Das Zylindersteuermodul 236 kann auch das 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. Das Zündfunkensteuermodul 232 kann die Lieferung des Zündfunkens für einen Zylinder stoppen, sobald ein Luft/Kraftstoffgemisch, das bereits in dem Zylinder vorhanden ist, verbrannt worden ist.
Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann die Kraftstoffmenge, die an jeden Zylinder geliefert wird, basierend auf der Kraftstoff-Drehmomentanforderung 285 variieren. Spezieller kann das Kraftstoffsteuermodul 240 Ziel-Kraftstoffzufuhrparameter 288 basierend auf der Kraftstoff-Drehmomentanforderung 285 erzeugen. Die Ziel-Kraftstoffzufuhrparameter 288 können beispielsweise eine Ziel-Masse des Kraftstoffs, einen Ziel-Startzeitpunkt der Einspritzung und eine Ziel-Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen umfassen.
Während des normalen Betriebs kann das Kraftstoffsteuermodul 240 in einem luftgeführten Modus arbeiten, in dem das Kraftstoffsteuermodul 240 versucht, ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis aufrechtzuerhalten, indem die Kraftstoffzufuhr basierend auf der Luftströmung gesteuert wird. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann beispielsweise eine Ziel-Kraftstoffmasse ermitteln, die eine stöchiometrische Verbrennung ergeben wird, wenn sie mit einer gegenwärtigen Masse der Luft pro Zylinder (APC) kombiniert wird.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung des Luftsteuermoduls 228. Nun auf 2 und 3 Bezug nehmend, kann die Luftdrehmomentanforderung 265 ein Bremsdrehmoment sein, wie vorstehend erläutert wurde. Ein Drehmomentumwandlungsmodul 304 wandelt die Luftdrehmomentanforderung 265 von einem Bremsdrehmoment in ein Basisdrehmoment um. Die Drehmomentanforderung, die aus einer Umwandlung in ein Basisdrehmoment resultiert, wird als eine Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 bezeichnet.
Basisdrehmomente können sich auf ein Drehmoment an der Kurbelwelle beziehen, das während des Betriebs des Motors 102 an einem Dynamometer erzeugt wird, während der Motor 102 warm ist und keine Drehmomentlasten auf den Motor 102 durch Nebenaggregate ausgeübt werden, wie beispielsweise durch eine Lichtmaschine und den A/C-Kompressor. Das Drehmomentumwandlungsmodul 304 kann die Luftdrehmomentanforderung 265 beispielsweise unter Verwendung eines Kennfeldes oder einer Funktion, das bzw. die Bremsdrehmomente mit Basisdrehmomenten in Beziehung setzt, in die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 umwandeln.
Bei verschiedenen Implementierungen kann das Drehmomentumwandlungsmodul 304 die Luftdrehmomentanforderung 265 in einen anderen Typ eines Drehmoments umwandeln, der zur Verwendung durch ein Einstellungspunktmodul 312 geeignet ist, wie beispielsweise in ein indiziertes Drehmoment. Ein indiziertes Drehmoment kann sich auf ein Drehmoment an der Kurbelwelle beziehen, das der Arbeit zugeschrieben werden kann, die mittels der Verbrennung in den Zylindern erzeugt wird.
Das Einstellungspunktmodul 312 erzeugt Einstellungspunktwerte zum Steuern des Drosselventils 112, des AGR-Ventils 170, des Ladedruck-Regelventils 162, des Einlass-Nockenphasenstellers 148 und des Auslass-Nockenphasenstellers 150, um die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 bei einer gegenwärtigen Motordrehzahl 316 zu erreichen. Die Einstellungspunkte können sich auf Luft- und Abgas-Einstellungspunkte des Motors beziehen. Die Motordrehzahl 316 kann beispielsweise basierend auf einer Kurbelwellenposition ermittelt werden, die unter Verwendung des Kurbelwellen-Positionssensors 180 gemessen wird.
Beispielsweise kann das Einstellungspunktmodul 312 einen Krümmerdruck-Einstellungspunkt (z.B. einen MAP-Einstellungspunkt) 318, einen Einstellungspunkt für eine Masse einer Luft pro Zylinder (APC-Einstellungspunkt) 320, einen Einstellungspunkt 324 für eine externe Verdünnung, einen Einstellungspunkt 328 für eine Restverdünnung und einen Einstellungspunkt 332 für ein effektives Kompressionsverhältnis erzeugen. Das Einstellungspunktmodul 312 kann den Krümmerdruck-Einstellungspunkt 318, den APC-Einstellungspunkt 320, den Einstellungspunkt 324 für die externe Verdünnung, den Einstellungspunkt 328 für die Restverdünnung und den Einstellungspunkt 332 für das effektive Kompressionsverhältnis unter Verwendung einer oder mehrerer Funktionen oder Kennfelder erzeugen, welche die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 und die Motordrehzahl 316 mit den Einstellungspunkten in Beziehung setzen. Das Einstellungspunktmodul 312 kann auch einen oder mehrere andere Einstellungspunkte basierend auf der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 und der Motordrehzahl 316 erzeugen.
Der Krümmerdruck-Einstellungspunkt 318 kann sich auf einen Zieldruck in dem Einlasskrümmer 110 beziehen. Der APC-Einstellungspunkt 320 kann sich auf eine Zielmasse der Luft beziehen, die für ein Verbrennungsereignis in einen Zylinder angesaugt wird. Das effektive Kompressionsverhältnis kann auch als ein dynamisches Kompressionsverhältnis bezeichnet werden.
Eine Verdünnung kann sich auf eine Menge an Abgas aus einem vorhergehenden Verbrennungsereignis beziehen, welche für ein Verbrennungsereignis in einem Zylinder eingeschlossen wird. Die externe Verdünnung kann sich auf das Abgas beziehen, das für ein Verbrennungsereignis mittels des AGR-Ventils 170 zugeführt wird. Eine interne Verdünnung kann sich auf das Abgas, das in einem Zylinder bleibt, und/oder auf das Abgas beziehen, das nach dem Auslasstakt eines Verbrennungszyklus zurück in den Zylinder gedrückt wird. Der Einstellungspunkt 324 für die externe Verdünnung kann sich auf eine Zielmenge der externen Verdünnung beziehen. Der Einstellungspunkt 328 für die interne Verdünnung kann sich auf eine Zielmenge der internen Verdünnung beziehen.
Das Einstellungspunktmodul 312 kann einen oder mehrere der Einstellungspunkte 318 - 332 ferner basierend auf einer gewünschten Verbrennungsphaseneinstellung 336 und einem Zylindermodus 340 erzeugen. Der Zylindermodus 340 kann sich beispielsweise auf die Anzahl von Zylindern, die deaktiviert (oder aktiviert) sind, und/oder auf einen Betriebsmodus des Motors 102 beziehen, bei dem ein oder mehrere Zylinder (z.B. die Hälfte oder ein anderer Anteil) deaktiviert sind.
Wenn ein oder mehrere Zylinder deaktiviert sind, ist jeder Zylinder, der aktiviert ist, für die Erzeugung eines größeren Betrags eines Drehmoments verantwortlich, um die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zu erreichen. Das Einstellungspunktmodul 312 kann daher einen oder mehrere der Einstellungspunkte 318 - 332 basierend auf dem Zylindermodus 340 einstellen. Beispielsweise kann das Einstellungspunktmodul 312 den APC-Einstellungspunkt 320 basierend auf dem Zylindermodus 340 erhöhen. Das Einstellungspunktmodul 312 kann zusätzlich oder alternativ einen oder mehrere der anderen Einstellungspunkte 318 - 332 basierend auf dem Zylindermodus 340 einstellen.
Die Verbrennungsphaseneinstellung kann sich auf eine Kurbelwellenposition, bei der eine vorbestimmte Menge des eingespritzten Kraftstoffs in einem Zylinder verbrannt ist, bezogen auf eine vorbestimmte Kurbelwellenposition für die Verbrennung der vorbestimmten Menge des eingespritzten Kraftstoffs beziehen. Beispielsweise kann die Verbrennungsphaseneinstellung anhand eines CA50 bezogen auf einen vorbestimmten CA50 ausgedrückt werden. CA50 kann sich auf eine Kurbelwellenposition beziehen (oder einen Kurbelwellenwinkel, daher CA), bei der bzw. dem 50 Prozent einer Masse des eingespritzten Kraftstoffs in einem Zylinder verbrannt wurden. Der vorbestimmte CA50 kann einem CA50 entsprechen, bei dem ein maximaler Betrag an Arbeit mittels des eingespritzten Kraftstoffs erzeugt wird, und er kann bei ungefähr 8,5 bis ungefähr 10 Grad nach dem TDC liegen.
Ein Verbrennungsphaseneinstellungsmodul 344 (2) kann die gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung 336 im Allgemeinen derart festlegen, dass der CA50 bei dem vorbestimmten CA50 auftritt. Mit anderen Worten kann das Verbrennungsphaseneinstellungsmodul 344 die gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung 336 im Allgemeinen derart festlegen, dass eine Verbrennungsphaseneinstellung von Null auftritt, um die maximale Arbeit und daher eine maximale Kraftstoffeffizienz zu erreichen. Das Verbrennungsphaseneinstellungsmodul 344 kann die gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung 336 unter bestimmten Umständen jedoch selektiv anpassen.
Beispielsweise kann das Verbrennungsphaseneinstellungsmodul 344 die gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung derart festlegen, dass der CA50 nach dem vorbestimmten CA50 auftritt, wenn ein Klopfen detektiert wird. Das Klopfen kann beispielsweise unter Verwendung eines oder mehrerer Klopfsensoren detektiert werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Verbrennungsphaseneinstellungsmodul 344 die gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung derart festlegen, dass der CA50 nach dem vorbestimmten CA50 auftritt, wenn eine oder mehrere Bedingungen vorliegen, die bewirken können, dass ein Klopfen auftritt. Beispielsweise kann ein Klopfen auftreten, wenn eine Qualität des Kraftstoffs in einem Kraftstofftank des Fahrzeugs geringer als eine vorbestimmte Qualität ist und/oder wenn die Umgebungstemperatur größer als eine vorbestimmte Temperatur ist und die Umgebungsfeuchtigkeit geringer als ein vorbestimmter Wert ist.
Wenn die Verbrennung derart nach spät verstellt wird, dass der CA50 nach dem vorbestimmten CA50 auftritt, sollte die Luftströmung in die Zylinder erhöht werden, um die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zu erreichen. Das Einstellungspunktmodul 312 kann daher einen oder mehrere der Einstellungspunkte 318 - 332 basierend auf der gewünschten Verbrennungsphaseneinstellung 336 anpassen. Beispielsweise kann das Einstellungspunktmodul 312 den APC-Einstellungspunkt 320 erhöhen, wenn die gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung 336 nach spät verstellt wird, um einen CA50 zu schaffen, der nach dem vorbestimmten CA50 liegt.
Das Einstellungspunktmodul 312 erzeugt die Einstellungspunkte 318 - 332 auch basierend auf einer oder mehreren Einstellungspunktbeschränkungen 348. Ein Beschränkungseinstellungsmodul 352 kann die Einstellungspunktbeschränkungen 348 für die Einstellungspunkte 318 - 332 jeweils auf vorbestimmte akzeptierbare Bereiche festlegen. Das Einstellungspunktmodul 312 legt die Einstellungspunkte 318 - 332 derart fest, dass diese jeweils innerhalb der Einstellungspunktbeschränkungen 348 bleiben.
Das Beschränkungseinstellungsmodul 352 kann eine Einstellungspunktbeschränkung jedoch unter bestimmten Umständen selektiv anpassen. Lediglich beispielhaft kann das Beschränkungseinstellungsmodul 352 eine Einstellungspunktbeschränkung zum Deaktivieren der Verdünnung einstellen. Das Einstellungspunktmodul 312 kann den Einstellungspunkt 324 für die externe Verdünnung und den Einstellungspunkt 328 für die Restverdünnung in Ansprechen auf die Einstellungspunktbeschränkung zum Deaktivieren der Verdünnung auf Null begrenzen.
Das Einstellungspunktmodul 312 kann auch einen oder mehrere andere Einstellungspunkte basierend auf der Begrenzung eines Einstellungspunkts anpassen. Beispielsweise kann das Einstellungspunktmodul 312 den APC-Einstellungspunkt 320 erhöhen, um die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zu erreichen, wenn die Einstellungspunkte 324 und 328 für die äußere und die Restverdünnung begrenzt werden.
Ein Modul zur Steuerung mittels eines voraussagenden Modells (MPC-Modul) 360 erzeugt die Zielwerte 266 - 270, die Aktuatorbeschränkungen 364 unterworfen sind, basierend auf den Einstellungspunkten 318 - 332, detektierten Werten 368, einer tatsächlichen Phaseneinstellung 372 und einem Modell 376 des Motors 102 unter Verwendung der MPC. Die MPC umfasst, dass das MPC-Modul 360 mögliche Sequenzen der Zielwerte 266 - 270 identifiziert, die zusammen während N zukünftigen Steuerschleifen verwendet werden können, den Aktuatorbeschränkungen 364 unterworfen sind und die detektierten Werte 368 sowie die tatsächliche Verbrennungsphaseneinstellung 372 berücksichtigen, um die Einstellungspunkte 318 - 332 zu erreichen.
Jede mögliche Sequenz umfasst eine Sequenz von N Werten für jeden der Zielwerte 266 - 270. Mit anderen Worten umfasst jede mögliche Sequenz eine Sequenz von N Werten für die Ziel-Öffnungsfläche 266 für das Ladedruck-Regelventil, eine Sequenz von N Werten für die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267, eine Sequenz von N Werten für die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268, eine Sequenz von N Werten für den Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 269 und eine Sequenz von N Werten für den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270. Jeder der N Werte dient für eine entsprechende der N Steuerschleifen.
Das MPC-Modul 360 ermittelt vorausgesagte Antworten des Motors 102 auf die identifizierten möglichen Sequenzen der jeweiligen Zielwerte 266 - 270 unter Verwendung des Modells 376 des Motors 102. Das MPC-Modul 360 erzeugt eine Voraussage für Parameter, die den Einstellungspunkten 318 - 332 entsprechen, basierend auf einer gegebenen möglichen Sequenz der Zielwerte 266 - 270. Spezieller erzeugt das MPC-Modul 360 basierend auf einer gegebenen möglichen Sequenz der Zielwerte 266 - 270 unter Verwendung des Modells 376 eine Sequenz vorausgesagter Krümmerdrücke für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorausgesagter APCs für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorausgesagter Mengen der externen Verdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorausgesagter Mengen der Restverdünnung für die Steuerschleifen und eine Sequenz vorausgesagter Kompressionsverhältnisse für die N Steuerschleifen. Das Modell 376 kann beispielsweise eine Funktion oder ein Kennfeld sein, das basierend auf Eigenschaften des Motors 102 kalibriert ist.
Das MPC-Modul 360 ermittelt einen Aufwand (Wert) für jede der möglichen Sequenzen der Zielwerte 266 - 270 basierend auf Beziehungen zwischen den Einstellungspunkten 318 - 332 und den jeweiligen Voraussagen. Beispielsweise kann das MPC-Modul 360 den Aufwand für jede der möglichen Sequenzen der Zielwerte 266 - 270 basierend auf den Zeitdauern für die vorausgesagten Parameter zum Erreichen der jeweiligen Einstellungspunkte 318 - 332 und/oder basierend auf Beträgen ermitteln, um welche die vorausgesagten Parameter die Einstellungspunkte 318 - 332 jeweils überschreiten. Lediglich beispielhaft kann der Aufwand zunehmen, wenn die Zeitdauer für einen vorausgesagten Parameter zum Erreichen eines Einstellungspunkts zunimmt und/oder wenn der Betrag zunimmt, um den der vorausgesagte Parameter den Einstellungspunkt überschreitet.
Jedes Paar vorausgesagter Parameter und Einstellungspunkte kann gewichtet werden, um zu beeinflussen, um wieviel die Beziehung zwischen den vorausgesagten Parametern und den Einstellungspunkten den Aufwand beeinflusst. Beispielsweise kann die Beziehung zwischen der vorausgesagten APC und dem APC-Einstellungspunkt 320 gewichtet werden, um den Aufwand stärker als die Beziehung zwischen einem anderen vorausgesagten Parameter und dem entsprechenden Einstellungspunkt zu beeinflussen.
Das MPC-Modul 360 wählt eine der möglichen Sequenzen der Zielwerte 266 - 270 basierend auf den Aufwänden der möglichen Sequenzen der Zielwerte 266 - 270 aus. Beispielsweise kann das MCP-Modul 360 die eine der möglichen Sequenzen auswählen, die den geringsten Aufwand aufweist.
Das MPC-Modul 360 kann anschließend die Zielwerte 266 - 270 auf den jeweiligen ersten der N Werte der ausgewählten möglichen Sequenz festlegen. Mit anderen Worten kann das MPC-Modul 360 die Ziel-Öffnungsfläche 266 für das Ladedruck-Regelventil auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Öffnungsfläche 266 für das Ladedruck-Regelventil festlegen, die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 auf den ersten der N Werte in der Sequenz der N Werte für die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 festlegen, die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 auf den ersten der N Werte in der Sequenz der N Werte für die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 festlegen, den Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 269 auf den ersten der N Werte in der Sequenz der N Werte für den Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 269 festlegen und den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 auf den ersten der N Werte in der Sequenz der N Werte für den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 festlegen. Während einer nächsten Steuerschleife identifiziert das MPC-Modul 360 mögliche Sequenzen, es erzeugt vorausgesagte Antworten der möglichen Sequenzen, es ermittelt den Aufwand jeder der möglichen Sequenzen, es wählt eine der möglichen Sequenzen aus, und es legt die Zielwerte 266 - 270 auf den ersten Satz der Zielwerte 266 - 270 in der ausgewählten möglichen Sequenz fest.
Das Beschränkungseinstellungsmodul 352 kann die Aktuatorbeschränkungen 364 festlegen. Im Allgemeinen kann das Beschränkungseinstellungsmodul 352 die Aktuatorbeschränkungen 364 für das Drosselventil 112, das AGR-Ventil 170, das Ladedruck-Regelventil 162, den Einlass-Nockenphasensteller 148 und den Auslass-Nockenphasensteller 150 jeweils auf vorbestimmte akzeptierbare Bereiche festlegen. Das MPC-Modul 360 identifiziert die möglichen Sequenzen derart, dass die Zielwerte 266 - 270 jeweils innerhalb der Aktuatorbeschränkungen 364 bleiben.
Das Beschränkungseinstellungsmodul 352 kann eine Aktuatorbeschränkung jedoch unter bestimmten Umständen selektiv anpassen. Beispielsweise kann das Beschränkungseinstellungsmodul 352 die Aktuatorbeschränkung für einen gegebenen Motoraktuator anpassen, um den Bereich möglicher Zielwerte für diesen Motoraktuator zu verkleinern, wenn eine Störung in diesem Motoraktuator diagnostiziert wird. Gemäß einem weiteren Beispiel kann das Beschränkungseinstellungsmodul 352 die Aktuatorbeschränkung derart anpassen, dass der Zielwert für einen gegebenen Aktuator einem vorbestimmten Zeitplan für eine Störungsdiagnose folgt, wie beispielsweise einer Nockenphasensteller-Störungsdiagnose oder einer AGR-Diagnose.
Die detektierten Werte 368 können unter Verwendung von Sensoren gemessen oder basierend auf einem oder mehreren Werten ermittelt werden, die unter Verwendung eines oder mehrerer Sensoren gemessen werden. Die tatsächliche Verbrennungsphaseneinstellung 372 kann beispielsweise basierend auf dem tatsächlichen CA50 während einer vorhergehenden vorbestimmten Zeitdauer bezogen auf den vorbestimmten CA50 ermittelt werden. Eine Verstellung des CA50 nach spät bezogen auf den vorbestimmten CA50 während der vorbestimmten Zeitdauer kann angeben, dass dem Abgassystem 134 zusätzliche Energie zugeführt wurde. Das MPC-Modul 360 kann daher die Ziel-Öffnungsfläche 266 für das Ladedruck-Regelventil erhöhen, um die zusätzliche Energie in dem Abgassystem 134 auszugleichen. Ansonsten kann die zusätzliche Energie bewirken, dass der Ladedruck des Turboladers zunimmt.
Nun auf 4 Bezug nehmend, ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Drosselventils 112, des Einlass-Nockenphasenstellers 148, des Auslass-Nockenphasenstellers 150, des Ladedruck-Regelventils 162 und des AGR-Ventils 170 unter Verwendung einer MPC (Steuerung mittels eines voraussagenden Modells) zeigt. Die Steuerung kann mit 404 beginnen, wo das Drehmomentanforderungsmodul 224 die Luftdrehmomentanforderung 265 basierend auf der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung 263 und der angepassten Momentandrehmomentanforderung 264 ermittelt.
Bei 408 kann das Drehmomentumwandlungsmodul 304 die Luftdrehmomentanforderung 265 in die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 oder in einen anderen Typ eines Drehmoments umwandeln, der zur Verwendung durch das Einstellungspunktmodul 312 geeignet ist. Bei 412 erzeugt das Einstellungspunktmodul 312 die Einstellungspunkte 318 - 332, die den Einstellungspunktbeschränkungen 348 unterworfen sind, basierend auf der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 und der Motordrehzahl 316. Das Einstellungspunktmodul 312 kann die Einstellungspunkte 318 - 332 ferner basierend auf dem Zylindermodus 340 und/oder der gewünschten Verbrennungsphaseneinstellung 336 erzeugen.
Bei 416 erzeugt das MPC-Modul 360 die Zielwerte 266 - 270 basierend auf den Einstellungspunkten 318 - 332, die den Aktuatorbeschränkungen 364 unterworfen sind, unter Verwendung der MPC. Spezieller identifiziert das MPC-Modul 360, wie es vorstehend beschrieben ist, mögliche Sequenzen von Zielwerten 266 - 270 und erzeugt vorausgesagte Antworten unter Verwendung des Modells 376. Das MPC-Modul 360 ermittelt auch Aufwände für die möglichen Sequenzen basierend auf den vorausgesagten Antworten, wählt eine der möglichen Sequenzen basierend auf den Aufwänden aus und legt die Zielwerte 266 - 270 jeweils basierend auf den ersten der Zielwerte in der ausgewählten möglichen Sequenz aus.
Bei 420 wandelt das erste Umwandlungsmodul 272 die Ziel-Öffnungsfläche 266 für das Ladedruck-Regelventil in das Ziel-Tastverhältnis 274 um, das auf das Ladedruck-Regelventil 162 angewendet werden soll, das zweite Umwandlungsmodul 276 wandelt die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 in das Ziel-Tastverhältnis 278 um, das auf das Drosselventil 112 angewendet werden soll. Das dritte Umwandlungsmodul 280 wandelt ebenso bei 420 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 in das Ziel-Tastverhältnis 282 um, das auf das AGR-Ventil 170 angewendet werden soll. Das vierte Umwandlungsmodul kann ebenso den Ziel-Einlass- und den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 269 und 270 in das Ziel-Einlass- und das Ziel-Auslass-Tastverhältnis umwandeln, das auf den Einlass- bzw. den Auslass-Nockenphasensteller 148 bzw. 150 angewendet werden soll.
Bei 424 steuert das Drossel-Aktuatormodul 116 das Drosselventil 112, um die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 zu erreichen, und das Phasensteller-Aktuatormodul 158 steuert den Einlass- und den Auslass-Nockenphasensteller 148 und 150, um den Ziel-Einlass- bzw. den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 269 bzw. 270 zu erreichen. Beispielsweise kann das Drossel-Aktuatormodul 116 ein Signal bei dem Ziel-Tastverhältnis 278 auf das Drosselventil 112 anwenden, um die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 zu erreichen. Ebenso steuert das AGR-Aktuatormodul 172 bei 424 das AGR-Ventil 170, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 zu erreichen, und das Ladedruck-Aktuatormodul 164 steuert das Ladedruck-Regelventil 162, um die Ziel-Öffnungsfläche 266 für das Ladedruck-Regelventil zu erreichen. Beispielsweise kann das AGR-Aktuatormodul 172 ein Signal bei dem Ziel-Tastverhältnis 282 auf das AGR-Ventil 170 anwenden, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 zu erreichen, und das Ladedruck-Aktuatormodul 164 kann ein Signal bei dem Ziel-Tastverhältnis 274 auf das Ladedruck-Regelventil 162 anwenden, um die Ziel-Öffnungsfläche 266 für das Ladedruck-Regelventil zu erreichen. Obgleich 4 derart gezeigt ist, dass sie nach 424 endet, kann 4 eine Darstellung einer Steuerschleife sein, und es können Steuerschleifen mit einer vorbestimmten Rate ausgeführt werden.
Die vorstehende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele aufweist, soll der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf diese beschränkt sein, da andere Modifikationen nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden. Wie hierin verwendet, sollte die Formulierung A, B und/oder C derart ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oders bedeutet. Es versteht sich, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
In dieser Anmeldung einschließlich der nachstehenden Definitionen kann der Ausdruck Modul durch den Ausdruck Schaltung ersetzt werden. Der Ausdruck Modul kann sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischt analoge/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischt analoge/digitale integrierte Schaltung; eine Schaltung der kombinatorischen Logik; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe), der einen Code ausführt; einen Speicher (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe), der Code speichert, der durch den Prozessor ausgeführt wird; 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 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 genutzter Prozessor umfasst einen einzelnen Prozessor, der einen Teil des Codes oder den gesamten Code mehrerer Module ausführt. Der Ausdruck Gruppenprozessor umfasst einen Prozessor, der in Kombination mit zusätzlichen Prozessoren einen Teil des Codes oder den gesamten Code eines oder mehrerer Module ausführt. Der Ausdruck gemeinsam genutzter Speicher umfasst einen einzelnen Speicher, der einen Teil des Codes oder den gesamten Code mehrerer Module speichert. Der Ausdruck Gruppenspeicher umfasst einen Speicher, der in Kombination mit zusätzlichen Speichern einen Teil oder den gesamten Code eines oder mehrerer Module speichert. Der Ausdruck Speicher kann eine Teilmenge des Ausdrucks computerlesbares Medium bezeichnen. Der Ausdruck computerlesbares Medium umfasst keine vorübergehenden elektrischen und elektromagnetischen Signale, die sich durch ein Medium ausbreiten, und dieses kann daher als zugreifbar und nicht flüchtig angesehen werden. Nicht einschränkende Beispiele des nicht flüchtigen, zugreifbaren, computerlesbaren Mediums sind ein nicht flüchtiger Speicher, ein magnetischer Speicher und ein optischer Speicher.
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig 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 und/oder auf diese angewiesen sein.

Claims

Motorsteuerverfahren für ein Fahrzeug, umfassend, dass: eine erste Drehmomentanforderung (254) für einen Funkenzündungsmotor (102) basierend auf einer Fahrereingabe (255) erzeugt wird; die erste Drehmomentanforderung (254) in eine zweite Drehmomentanforderung (308) umgewandelt wird; Luft- und Abgas-Einstellungspunkte (318, 320, 324, 328, 332) für den Funkenzündungsmotor (102) basierend auf der zweiten Drehmomentanforderung (308) erzeugt werden; unter Verwendung eines Moduls (360) zur Steuerung mittels eines voraussagenden Modells (MPC-Moduls): Sätze möglicher Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) basierend auf den Luft- und Abgas-Einstellungspunkten (318, 320, 324, 328, 332) identifiziert werden; vorausgesagte Parameter basierend auf einem Modell (376) des Funkenzündungsmotors (102) und den jeweiligen Sätzen möglicher Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) erzeugt werden; einer der Sätze möglicher Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) basierend auf den vorausgesagten Parametern ausgewählt wird; und Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) basierend auf den möglichen Zielwerten (266, 267, 268, 269, 270) des ausgewählten der Sätze festgelegt werden; und eine Öffnung eines Drosselventils (112) basierend auf einem ersten (267) der Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) gesteuert wird, wobei der eine der Sätze möglicher Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) basierend auf Vergleichen der Luft- und Abgas-Einstellungspunkte (318, 320, 324, 328, 332) mit den jeweiligen vorausgesagten Parametern ausgewählt wird.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass: eine Öffnung eines Ladedruck-Regelventils (162) basierend auf einem zweiten (266) der Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) gesteuert wird; eine Öffnung eines Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils) (170) basierend auf einem dritten (268) der Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) gesteuert wird; und eine Einlass- und eine Auslass-Ventilphaseneinstellung basierend auf einem vierten (269) und einem fünften (270) der Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) gesteuert werden.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass: Aufwände für die Sätze möglicher Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) basierend auf den Vergleichen der Luft- und Abgas-Einstellungspunkte (318, 320, 324, 328, 332) mit den jeweiligen vorausgesagten Parametern ermittelt werden; und der eine der Sätze möglicher Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) basierend auf den Aufwänden ausgewählt wird.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass die Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) auf Werte innerhalb jeweiliger vorbestimmter Bereiche für die Zielwerte (266, 267, 268, 269, 270) festgelegt werden.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass die Luft- und Abgas-Einstellungspunkte (318, 320, 324, 328, 332) ferner basierend auf einer gewünschten Verbrennungsphaseneinstellung (336) erzeugt werden.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass die Luft- und Abgas-Einstellungspunkte (318, 320, 324, 328, 332) ferner basierend auf jeweiligen vorbestimmten Bereichen für die Luft- und Abgas-Einstellungspunkte (318, 320, 324, 328, 332) erzeugt werden.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass die Luft- und Abgas-Einstellungspunkte (318, 320, 324, 328, 332) ferner basierend auf einer Anzahl deaktivierter Zylinder (118) erzeugt werden.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 1, wobei die Einstellungspunkte (318, 320, 324, 328, 332) einen Einlassskrümmerdruck-Einstellungspunkt (318), einen Einstellungspunkt (320) für eine Masse einer Luft pro Zylinder (APC-Einstellungspunkt), einen Einstellungspunkt (324) für eine äußere Verdünnung, einen Einstellungspunkt (328) für eine Restverdünnung und einen Einstellungspunkt (332) für ein Kompressionsverhältnis umfassen.