DE102015103788A1

DE102015103788A1 - Steuersysteme und -verfahren mit Modellvorhersage für künftige Drehmomentänderungen

Info

Publication number: DE102015103788A1
Application number: DE102015103788.2A
Authority: DE
Inventors: Klaus Pochner; Christopher E. Whitney; Gary Robert Cygan Jr.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2035-03-17
Also published as: US9388758B2; CN104948319A; DE102015103788B4; CN104948319B; US20150275796A1

Abstract

Ein Vorhersagemodul, das auf einem Satz möglicher Zielwerte für M künftige Zeitpunkte und auf einem Modell einer Kraftmaschine beruht, bestimmt jeweils vorhergesagte Drehmomente der Kraftmaschine für die M künftigen Zeitpunkte. M ist eine ganze Zahl größer als Eins. Ein Kostenmodul bestimmt auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Drehmomente für die M künftigen Zeitpunkte jeweils mit den Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte Kosten für den Satz möglicher Zielwerte. Ein Auswahlmodul wählt auf der Grundlage der Kosten den Satz möglicher Zielwerte aus einer Gruppe, die den Satz möglicher Zielwerte und N andere Sätze möglicher Zielwerte umfasst, wobei N eine ganze Zahl größer als Null ist, aus und stellt auf der Grundlage des ausgewählten Satzes möglicher Zielwerte Zielwerte ein. Ein Aktormodul steuert einen Kraftmaschinenaktor auf der Grundlage eines Ersten der Zielwerte.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung bezieht sich auf die Patentanmeldungen der Vereinigten Staaten Nr. 14/225,502, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,516, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,569, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,626, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,817, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,896, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,531, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,507, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,808, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,587, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,492, eingereicht am 26. März 2014, 14/226,121, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,496, eingereicht am 26. März 214, und 14/225,891, eingereicht am 26. März 2014. Die gesamten Offenbarungen der obigen Anmeldungen sind hier durch Bezugnahme mit aufgenommen.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen und insbesondere auf Kraftmaschinensteuersysteme und Kraftmaschinensteuerverfahren für Fahrzeuge.
HINTERGRUND
Die hier gegebene Hintergrundbeschreibung dient zur allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Arbeit der vorliegend genannten Erfinder in dem Umfang, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die sich zum Zeitpunkt der Einreichung nicht auf andere Weise als Stand der Technik qualifizieren, sind weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
Brennkraftmaschinen verbrennen innerhalb von Zylindern ein Luft- und Kraftstoffgemisch, um Kolben anzutreiben, was ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Eine Luftströmung in die Kraftmaschine wird über eine Drossel geregelt. Genauer passt die Drossel eine Drosselfläche an, was die Luftströmung in die Kraftmaschine erhöht oder verringert. Wenn die Drosselfläche zunimmt, nimmt die Luftströmung in die Kraftmaschine zu. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate ein, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, um ein Soll-Luft/Kraftstoff-Gemisch für die Zylinder bereitzustellen und/oder um eine Soll-Drehmomentausgabe zu erreichen. Das Erhöhen der Menge Luft und Kraftstoff, die für die Zylinder bereitgestellt wird, erhöht die Drehmomentausgabe der Kraftmaschine.
In Fremdzündungskraftmaschinen initiiert ein Zündfunken die Verbrennung eines für die Zylinder bereitgestellten Luft/Kraftstoff-Gemischs. In Selbstzündungskraftmaschinen verbrennt die Verdichtung in den Zylindern das für die Zylinder bereitgestellte Luft/Kraftstoff-Gemisch. Die Zündzeiteinstellung und die Luftströmung können die primären Mechanismen zum Anpassen der Drehmomentausgabe von Fremdzündungskraftmaschinen sein, während die Kraftstoffströmung der primäre Mechanismus zum Anpassen der Drehmomentausgabe von Selbstzündungskraftmaschinen sein kann.
Es sind Kraftmaschinensteuersysteme entwickelt worden, um das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment zum Erreichen eines Soll-Drehmoments zu steuern. Allerdings steuern herkömmliche Kraftmaschinensteuersysteme das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment nicht so genau wie gewünscht. Ferner stellen herkömmliche Kraftmaschinensteuersysteme kein schnelles Ansprechen auf Steuersignale bereit und koordinieren sie nicht die Kraftmaschinen-Drehmomentsteuerung zwischen verschiedenen Vorrichtungen, die das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment beeinflussen.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Merkmal ist ein Kraftmaschinensteuersystem eines Fahrzeugs offenbart. Ein Vorhersagemodul, das auf einem Satz möglicher Zielwerte für M künftige Zeitpunkte und auf einem Modell einer Kraftmaschine beruht, bestimmt jeweils vorhergesagte Drehmomente der Kraftmaschine für die M künftigen Zeitpunkte. M ist eine ganze Zahl größer als Eins. Ein Kostenmodul bestimmt auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Drehmomente für die M künftigen Zeitpunkte jeweils mit den Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte Kosten für den Satz möglicher Zielwerte. Ein Auswahlmodul wählt auf der Grundlage der Kosten den Satz möglicher Zielwerte aus einer Gruppe, die den Satz möglicher Zielwerte und N andere Sätze möglicher Zielwerte umfasst, wobei N eine ganze Zahl größer als Null ist, aus und stellt auf der Grundlage des ausgewählten Satzes möglicher Zielwerte Zielwerte ein. Ein Aktormodul steuert einen Kraftmaschinenaktor auf der Grundlage eines Ersten der Zielwerte.
Gemäß nochmals weiteren Merkmalen: bestimmt das Vorhersagemodul ferner eine vorhergesagte Kraftstoffwirtschaftlichkeit der Kraftmaschine auf der Grundlage des Satzes möglicher Zielwerte und des Modells der Kraftmaschine; und das Kostenmodul bestimmt die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte weiter auf der Grundlage eines Vergleichs der vorhergesagten Kraftstoffwirtschaftlichkeit mit einer vorbestimmten maximalen Kraftstoffwirtschaftlichkeit.
Gemäß nochmals weiteren Merkmalen: bestimmt das Vorhersagemodul ferner einen vorhergesagten Geräusch-, Vibrations- und Rauheitswert (NVH-Wert) auf der Grundlage des Satzes möglicher Zielwerte und des Modells der Kraftmaschine; und das Kostenmodul bestimmt die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte weiter auf der Grundlage eines Vergleichs des vorhergesagten NVH-Werts mit einem vorbestimmten maximalen NVH-Wert.
Gemäß abermals weiteren Merkmalen stellt ein Modul für eine künftige Anforderung zumindest eine der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage eines Gangschaltens eines Getriebes ein.
Gemäß weiteren Merkmalen stellt ein Modul für eine künftige Anforderung zumindest eine der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage einer Änderung einer Fahrpedalposition ein.
Gemäß nochmals weiteren Merkmalen stellt ein Modul für eine künftige Anforderung zumindest eine der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage einer Änderung einer Last an der Kraftmaschine ein.
Gemäß abermals weiteren Merkmalen stellt ein Modul für eine künftige Anforderung zumindest eine der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage einer Änderung eines Drehmoments eines Elektromotors ein.
Gemäß weiteren Merkmalen stellt ein Modul für eine künftige Anforderung zumindest eine der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte ein, wenn ein Sport-Betriebsmodus für das Fahrzeug gewählt ist.
Gemäß nochmals weiteren Merkmalen wählt das Auswahlmodul den Satz möglicher Zielwerte aus der Gruppe auf der Grundlage davon aus, dass die Kosten jeweils geringer als Kosten der anderen N Sätze möglicher Zielwerte sind.
Gemäß abermals weiteren Merkmalen: steuert ein Ladedruckaktormodul auf der Grundlage eines Zweiten der Zielwerte das Öffnen eines Ladedruckregelventils eines Turboladers; steuert ein Abgasrückführungs-Aktormodul (AGR-Aktormodul) auf der Grundlage eines Dritten der Zielwerte das Öffnen eines AGR-Ventils; steuert ein Phasensteller-Aktormodul auf der Grundlage eines Vierten bzw. eines Fünften der Zielwerte die Einlass- und die Auslassventil-Phasenlageneinstellung; steuert ein Zündungsaktormodul eine Zündzeiteinstellung auf der Grundlage eines Sechsten der Zielwerte; und steuert ein Kraftstoff-Aktormodul die Kraftstoffbeaufschlagung auf der Grundlage eines Siebten der Zielwerte, wobei das Aktormodul das Öffnen eines Drosselventils auf der Grundlage des Ersten der Zielwerte steuert.
Ein Kraftmaschinensteuerverfahren für ein Fahrzeug umfasst: Bestimmen vorhergesagter Drehmomente der Kraftmaschine jeweils für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage eines Satzes möglicher Zielwerte für M künftige Zeitpunkte und eines Modells einer Kraftmaschine, wobei M eine ganze Zahl größer als Eins ist; Bestimmen von Kosten für den Satz möglicher Zielwerte auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Drehmomente für die M künftigen Zeitpunkte jeweils mit den Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte; Auswählen des Satzes möglicher Zielwerte aus einer Gruppe, die den Satz möglicher Zielwerte und N andere Sätze möglicher Zielwerte umfasst, auf der Grundlage der Kosten, wobei N eine ganze Zahl größer als Null ist; Einstellen von Zielwerten auf der Grundlage des ausgewählten Satzes möglicher Zielwerte; und Steuern eines Kraftmaschinenaktors auf der Grundlage eines Ersten der Zielwerte.
Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner: Bestimmen einer vorhergesagten Kraftstoffwirtschaftlichkeit der Kraftmaschine auf der Grundlage des Satzes möglicher Zielwerte und des Modells der Kraftmaschine; und Bestimmen der Kosten für den Satz möglicher Zielwerte weiter auf der Grundlage eines Vergleichs der vorhergesagten Kraftstoffwirtschaftlichkeit mit einer vorbestimmten maximalen Kraftstoffwirtschaftlichkeit.
Gemäß nochmals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner: Bestimmen eines vorhergesagten Geräusch-, Vibrations- und Rauheitswerts (NVH-Werts) auf der Grundlage des Satzes möglicher Zielwerte und des Modells der Kraftmaschine; und Bestimmen der Kosten für den Satz möglicher Zielwerte weiter auf der Grundlage eines Vergleichs des vorhergesagten NVH-Werts mit einem vorbestimmten NVH-Wert.
Gemäß abermals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinen-Steuerverfahren ferner das Einstellen zumindest einer der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage eines Gangschaltens eines Getriebes.
Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinen-Steuerverfahren ferner das Einstellen zumindest einer der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage einer Änderung einer Fahrpedalstellung.
Gemäß nochmals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinen-Steuerverfahren ferner das Einstellen zumindest einer der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage einer Änderung einer Last an der Kraftmaschine.
Gemäß abermals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinen-Steuerverfahren ferner das Einstellen zumindest einer der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage einer Änderung eines Drehmoments eines Elektromotors.
Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinen-Steuerverfahren ferner das Einstellen zumindest einer der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte, wenn ein Sport-Betriebsmodus für das Fahrzeug gewählt ist.
Gemäß nochmals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinen-Steuerverfahren ferner ein Auswählen des Satzes möglicher Zielwerte aus der Gruppe auf der Grundlage davon, dass die Kosten jeweils geringer als Kosten der N anderen Sätze möglicher Zielwerte sind.
Gemäß abermals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner: Steuern des Öffnens eines Ladedruckregelventils eines Turboladers auf der Grundlage eines Zweiten der Zielwerte; Steuern des Öffnens eines Abgasrückführungs-Ventils (AGR-Ventils) auf der Grundlage eines Dritten der Zielwerte; Steuern der Einlassventil-Phasenlageneinstellung und der Auslassventil-Phasenlageneinstellung jeweils auf der Grundlage eines Vierten und eines Fünften der Zielwerte; Steuern der Zündzeiteinstellung auf der Grundlage eines Sechsten der Zielwerte; und Steuern der Beaufschlagung mit Kraftstoff auf der Grundlage eines Siebten der Zielwerte, wobei der Kraftmaschinenaktor ein Drosselventil ist.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Offenbarung werden aus der ausführlichen Beschreibung, aus den Ansprüchen und aus den Zeichnungen deutlich werden. Die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele sind nur zu Veranschaulichungszwecken bestimmt und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird aus der ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen umfassender verständlich, in denen:
1 ein Funktionsblockschaltbild eines beispielhaften Kraftmaschinensystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockschaltbild eines beispielhaften Kraftmaschinensteuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein Funktionsblockschaltbild eines beispielhaften Luftsteuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
4 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines Drosselventils, einer Einlassventil- und einer Auslassventil-Phasenlageneinstellung, eines Ladedruckregelventils, eines Abgasrückführungs-Ventils (AGR-Ventils), einer Zündzeiteinstellung und Kraftstoffbeaufschlagung unter Verwendung einer Modellvorhersagesteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
In den Zeichnungen können Bezugszeichen wiederverwendet sein, um ähnliche und/oder gleiche Elemente zu identifizieren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Kraftmaschinensteuermodul (ECM) steuert die Drehmomentausgabe einer Kraftmaschine. Genauer steuert das ECM jeweils Aktoren der Kraftmaschine auf der Grundlage von Zielwerten auf der Grundlage eines angeforderten Drehmomentbetrags. Zum Beispiel steuert das ECM die Einlassnockenwellen-Phasenlageneinstellung und die Auslassnockenwellen-Phasenlageneinstellung auf der Grundlage des Ziel-Einlassphasenstellerwinkels und des Ziel-Auslassphasenstellerwinkels, ein Drosselventil auf der Grundlage einer Ziel-Drosselöffnung, ein Abgasrückführungs-Ventil (AGR-Ventil) auf der Grundlage einer Ziel-AGR-Öffnung und ein Ladedruckregelventil eines Turboladers auf der Grundlage eines Ziel-Ladedruckregelventil-Tastgrads. Das ECM steuert auch eine Zündzeiteinstellung auf der Grundlage einer Ziel-Zündzeiteinstellung und eine Beaufschlagung mit Kraftstoff auf der Grundlage von Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparametern.
Das ECM könnte die Zielwerte unter Verwendung mehrerer Einzeleingabe-Einzelausgabe-Controller (SISO-Controller) wie etwa Proportional-Integral-Differential-Regler (PID-Regler) einzeln bestimmen. Allerdings können die Zielwerte so eingestellt werden, dass die Systemstabilität auf Kosten möglicher Kraftstoffverbrauchverringerungen aufrechterhalten wird, wenn mehrere SISO-Controller verwendet werden. Außerdem können die Kalibrierung und der Entwurf der einzelnen SISO-Controller kostspielig und zeitaufwendig sein.
Das ECM der vorliegenden Offenbarung erzeugt die Zielwerte unter Verwendung eines Modellvorhersagesteuermoduls (MPC-Moduls). Das MPC-Modul identifiziert mögliche Sätze von Zielwerten. Das MPC-Modul bestimmt auf der Grundlage der Zielwerte der möglichen Sätze und eines mathematischen Modells der Kraftmaschine für jeden der möglichen Sätze vorhergesagte Parameter. Zum Beispiel kann das MPC-Modul ein vorhergesagtes Kraftmaschinen-Drehmoment und einen oder mehrere andere vorhergesagte Parameter für jeden der möglichen Sätze Zielwerte bestimmen.
Das MPC-Modul kann auch der Verwendung von jedem der möglichen Sätze zugeordnete Kosten bestimmen. Zum Beispiel können die Kosten eines möglichen Satzes, von dem vorhergesagt wird, dass er der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung genauer folgt, niedriger sein als andere mögliche Sätze, von denen nicht erwartet wird, dass sie der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung so genau folgen. Das MPC-Modul kann einen möglichen Satz mit den niedrigsten Kosten, der verschiedene Bedingungen zur Verwendung zum Steuern der Aktoren erfüllt, auswählen. In verschiedenen Implementierungen kann das MPC-Modul, anstatt oder zusätzlich dazu, mögliche Sätze von Zielwerten zu identifizieren und die Kosten jedes der Sätze zu bestimmen, eine Fläche erzeugen, die die Kosten möglicher Sätze von Zielwerten repräsentiert. Daraufhin kann das MPC-Modul auf der Grundlage des Anstiegs der Kostenfläche den möglichen Satz mit den niedrigsten Kosten identifizieren.
Unter manchen Umständen können Änderungen der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung antizipiert werden, bevor die Änderung tatsächlich auftritt. Zum Beispiel können, wenn ein Gangschalten durchgeführt wird, wenn eine Last auf die Kraftmaschine auferlegt wird (z. B. Klimaanlagenkompressor) und unter anderen Umständen, Änderungen der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung antizipiert werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden die Kosten ferner auf der Basis von einer oder mehreren künftigen Drehmomentanforderungen bestimmt. Das MPC-Modul wird daher einen möglichen Satz auswählen, der die Kraftmaschine vorbereitet, um die künftigen Drehmomentanforderungen zu erreichen. Dies kann es der Kraftmaschine ermöglichen, in der Zukunft schneller anzusprechen, wenn die Änderung der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung auftritt.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Funktionsblockschaltbild eines beispielhaften Kraftmaschinensystems 100 dargestellt. Das Kraftmaschinensystem 100 umfasst eine Kraftmaschine 102, die auf der Grundlage einer Fahrereingabe von einem Fahrereingabemodul 104 ein Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug zu erzeugen. Die Kraftmaschine 102 kann eine Benzin-Fremdzündungs-Brennkraftmaschine sein.
Durch ein Drosselventil 112 wird Luft in einen Einlasskrümmer 110 angesaugt. Nur beispielhaft kann das Drosselventil 112 eine Drosselklappe mit einer drehbaren Platte umfassen. Ein Kraftmaschinen-Steuermodul (ECM) 114 steuert ein Drosselaktormodul 116, das das Öffnen des Drosselventils 112 reguliert, um die Menge der in den Einlasskrümmer 110 angesaugten Luft zu steuern.
Luft von dem Einlasskrümmer 110 wird in Zylinder der Kraftmaschine 102 angesaugt. Obwohl die Kraftmaschine 102 mehrere Zylinder umfassen kann, ist für Veranschaulichungszwecke ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Nur beispielhaft kann die Kraftmaschine 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder umfassen. Das ECM 114 kann ein Zylinderaktormodul 120 anweisen, einige der Zylinder wahlweise zu deaktivieren, was die Kraftstoffökonomie unter bestimmten Kraftmaschinen-Betriebsbedingungen verbessern kann.
Die Kraftmaschine 102 kann unter Verwendung eines Viertaktzyklus arbeiten. Die im Folgenden beschriebenen vier Takte können als der Ansaugtakt, der Verdichtungstakt, der Arbeitstakt und der Ausstoßtakt bezeichnet werden. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) finden innerhalb des Zylinders 118 zwei der vier Takte statt. Somit sind zwei Kurbelwellenumdrehungen notwendig, damit der Zylinder 118 alle vier Takte erfährt.
Während des Ansaugtakts wird über eine Drosselklappe 122 Luft von dem Einlasskrümmer 110 in den Zylinder 118 angesaugt. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoffaktormodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung regelt, um ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen. Der Kraftstoff kann an einem zentralen Ort oder an mehreren Orten wie etwa in der Nähe des Einlassventils 122 von jedem der Zylinder in den Einlasskrümmer 110 eingespritzt werden. In verschiedenen Implementierungen (nicht gezeigt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in den Zylindern zugeordnete Mischkammern eingespritzt werden. Das Kraftstoffaktormodul 124 kann die Einspritzung von Kraftstoff in Zylinder, die deaktiviert sind, anhalten.
Der eingespritzte Kraftstoff mischt sich in dem Zylinder 118 mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch. Während des Verdichtungstakts verdichtet ein Kolben (nicht gezeigt) innerhalb des Zylinders 118 das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Ein Zündungsaktormodul 126 setzt eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118 auf der Grundlage eines Signals von dem ECM 114 unter Strom, was das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Die Zeiteinstellung des Zündfunkens kann im Vergleich zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben in seiner obersten Position ist, was als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird, spezifiziert werden.
Das Zündungsaktormodul 126 kann durch ein Zeiteinstellungssignal gesteuert werden, das spezifiziert, wie weit vor oder nach dem TDC der Zündfunken erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition direkt mit der Kurbelwellendrehung zusammenhängt, kann der Betrieb des Zündungsaktormoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert werden. Das Erzeugen des Zündfunkens kann als ein Zündereignis bezeichnet werden. Das Zündungsaktormodul 126 kann die Fähigkeit besitzen, die Zeiteinstellung des Zündfunkens für jedes Zündereignis zu variieren. Wenn sich die Zündzeiteinstellung zwischen einem letzten Zündereignis und dem nächsten Zündereignis geändert hat, kann das Zündungsaktormodul 126 die Zündzeiteinstellung für ein nächstes Zündereignis variieren. Das Zündungsaktormodul 126 kann die Bereitstellung des Zündfunkens für deaktivierte Zylinder anhalten.
Während des Arbeitstakts treibt die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs den Kolben von dem TDC weg an und wodurch die die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Arbeitstakt kann als die Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben den TDC erreicht, und dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben den unteren Totpunkt (BDC) erreicht, definiert werden. Während des Ausstoßtakts beginnt sich der Kolben von dem BDC wegzubewegen, wobei er die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 ausstößt. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden von dem Fahrzeug über ein Abgassystem 134 ausgestoßen.
Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. In verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) für den Zylinder 118 steuern und/oder können sie die Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) mehrerer Bänke von Zylindern (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Ähnlich können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 steuern und/oder können sie Auslassventile (einschließlich des Auslassventils 130) für mehrere Bänke von Zylindern (einschließlich des Zylinders 118) steuern. In verschiedenen anderen Implementierungen können das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 durch andere Vorrichtungen als Nockenwellen wie etwa durch nockenlose Ventilaktoren gesteuert werden. Das Zylinderaktormodul 120 kann den Zylinder 118 dadurch deaktivieren, dass es das Öffnen des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 sperrt.
Der Zeitpunkt, zu dem das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann in Bezug auf den Kolben-TDC durch einen Einlassnocken-Phasensteller 148 variiert werden. Der Zeitpunkt, zu dem das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann in Bezug auf den Kolben-TDC durch einen Auslassnocken-Phasensteller 150 variiert werden. Ein Phasensteller-Aktormodul 158 kann den Einlassnocken-Phasensteller 148 und den Auslassnocken-Phasensteller 150 auf der Grundlage von Signalen von dem ECM 114 steuern. Wenn ein variabler Ventilhub implementiert ist (nicht gezeigt), kann er ebenfalls durch das Phasensteller-Aktormodul 158 gesteuert werden.
Das Kraftmaschinensystem 100 kann einen Turbolader umfassen, der ein heißes Turbinenrad 160-1 umfasst, das durch heiße Abgase, die durch das Abgassystem 134 strömen, mit Leistung versorgt wird. Außerdem umfasst der Turbolader einen Kaltluftverdichter 160-2, der durch das Turbinenrad 160-1 angetrieben wird. Der Verdichter 160-2 verdichtet Luft, die in das Drosselventil 112 führt. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein durch die Kurbelwelle angetriebener Lader (nicht gezeigt) Luft von dem Drosselventil 112 verdichten und die Druckluft an den Einlasskrümmer 110 liefern.
Ein Abgasregelventil 162 kann ermöglichen, dass Abgas das Turbinenrad 160-1 umgeht, wodurch der durch den Turbolader bereitgestellte Ladedruck (der Betrag der Einlassluftverdichtung) verringert wird. Ein Ladedruckaktormodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers dadurch steuern, dass es das Öffnen des Ladedruckregelventils 162 steuert. Bei verschiedenen Implementierungen können zwei oder mehr Turbolader eingesetzt und durch das Ladedruckaktormodul 164 gesteuert sein.
Ein Luftkühler (nicht gezeigt) kann Wärme von der Druckluftladung an ein Kühlmedium wie etwa an ein Kraftmaschinenkühlmittel oder an Luft übertragen. Ein Luftkühler, der die Druckluftladung unter Verwendung von Kraftmaschinenkühlmittel kühlt, kann als ein Zwischenkühler bezeichnet werden. Ein Luftkühler, der die Druckluftladung unter Verwendung von Luft kühlt, kann als ein Ladeluftkühler bezeichnet werden. Die Druckluftladung kann Wärme z. B. über Verdichtung und/oder von Komponenten des Abgassystems 134 empfangen. Obwohl das Turbinenrad 160-1 und das Verdichterrad 160-2 zu Veranschaulichungszwecken getrennt gezeigt sind, können sie aneinander angebracht sein, was Einlassluft in nächster Nähe zu heißem Abgas anordnet.
Das Kraftmaschinensystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 170 umfassen, das wahlweise Abgas zu dem Einlasskrümmer 110 zurück umleitet. Das AGR-Ventil 170 kann sich stromaufwärts von dem Turbinenrad 160-1 des Turboladers befinden. Das AGR-Ventil 170 kann durch ein AGR-Aktormodul 172 auf der Grundlage von Signalen von dem ECM 114 gesteuert werden.
Unter Verwendung eines Kurbelwellen-Positionssensors 180 kann eine Position der Kurbelwelle gemessen werden. Auf der Grundlage der Kurbelwellenposition kann eine Drehzahl der Kurbelwelle (eine Kraftmaschinendrehzahl) bestimmt werden. Unter Verwendung eines Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur-Sensors (ECT-Sensors) 182 kann eine Temperatur des Kraftmaschinenkühlmittels gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann sich innerhalb der Kraftmaschine 102 oder an anderen Orten, an denen das Kühlmittel umgewälzt wird, wie etwa bei einem Kühler (nicht gezeigt) befinden.
Unter Verwendung eines Krümmerabsolutdruck-Sensors (MAP-Sensors) 184 kann ein Druck innerhalb des Einlasskrümmers 110 gemessen werden. In verschiedenen Implementierungen kann ein Kraftmaschinenunterdruck, der die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck innerhalb des Einlasskrümmers 110 ist, gemessen werden. Unter Verwendung eines Luftmassenströmungs-Sensors (MAF-Sensors) 186 kann ein Massendurchfluss der in den Einlasskrümmer 110 strömenden Luft gemessen werden. In verschiedenen Implementierungen kann sich der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse befinden, das ebenfalls das Drosselventil 112 umfasst.
Das Drosselaktormodul 116 kann unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselklappen-Positionssensoren (TPS) 190 die Position des Drosselventils 112 überwachen. Unter Verwendung eines Einlasslufttemperatur-Sensors (IAT-Sensors) 192 kann eine Umgebungstemperatur der in die Kraftmaschine 102 angesaugten Luft gemessen werden. Außerdem kann das Kraftmaschinensystem 100 einen oder mehrere andere Sensoren 193, wie etwa einen Umgebungsfeuchtigkeitssensor, einen oder mehrere Klopfsensoren, einen Verdichterauslassdrucksensor und/oder einen Drosseleinlassdrucksensor, einen Ladedruckregelventil-Positionssensor, einen AGR-Positionssensor und/oder einen oder mehrere andere geeignete Sensoren, umfassen. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Kraftmaschinensystem 100 zu treffen.
Das ECM 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 kommunizieren, um das Schalten von Gängen in einem Getriebe (nicht gezeigt) zu koordinieren. Zum Beispiel kann das ECM 114 während eines Gangschaltens das Kraftmaschinendrehmoment verringern. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um den Betrieb der Kraftmaschine 102 und eines Elektromotors 198 zu koordinieren.
Der Elektromotor 198 kann auch als ein Generator fungieren und kann verwendet werden, um elektrische Energie zur Verwendung durch Fahrzeugelektriksysteme und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. In verschiedenen Implementierungen können verschiedene Funktionen des ECM 114, des Getriebesteuermoduls 194 und des Hybridsteuermoduls 196 in einem oder in mehreren Modulen integriert sein.
Jedes System, das einen Kraftmaschinenparameter variiert, kann als ein Kraftmaschinenaktor bezeichnet werden. Zum Beispiel kann das Drosselaktormodul 116 die Öffnung des Drosselventils 112 anpassen, um eine Ziel-Drosselöffnungsfläche zu erreichen. Das Zündungsaktormodul 126 steuert die Zündkerzen, um eine Ziel-Zündzeiteinstellung relativ zum Kolben-TDC zu erreichen. Das Kraftstoffaktormodul 124 steuert die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, um Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter zu erreichen. Das Phasensteller-Aktormodul 158 kann den Einlassnocken-Phasensteller und den Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150 steuern, um einen Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel bzw. einen Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel zu erreichen. Das AGR-Aktormodul 172 kann das AGR-Ventil 170 steuern, um eine Ziel-AGR-Öffnungsfläche zu erreichen. Das Ladedruckaktormodul 164 steuert das Ladedruckregelventil 162, um eine Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche zu erreichen. Das Zylinderaktormodul 120 steuert die Zylinderdeaktivierung, um eine Ziel-Anzahl aktivierter oder deaktivierter Zylinder zu erreichen.
Das ECM 114 erzeugt die Zielwerte für die Kraftmaschinenaktoren, um zu veranlassen, dass die Kraftmaschine 102 ein Ziel-Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment erzeugt. Wie im Folgenden diskutiert wird, erzeugt das ECM 114 die Zielwerte für die Kraftmaschinenaktoren unter Verwendung der Modellvorhersagesteuerung.
Nun unter Bezugnahme auf 2 ist ein Funktionsblockschaltbild eines beispielhaften Kraftmaschinensteuersystems dargestellt. Ein Fahrerdrehmomentmodul 202 bestimmt auf der Grundlage einer Fahrereingabe 206 von dem Fahrereingabemodul 104 eine Fahrerdrehmomentanforderung 204. Die Fahrereingabe 206 kann z. B. auf einer Position eines Fahrpedals und auf einer Position eines Bremspedals beruhen. Außerdem kann die Fahrereingabe 206 auf einem Fahrtregler beruhen, der ein adaptives Fahrtregelungssystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um einen vorgegebenen Folgeabstand einzuhalten. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine oder mehrere Kennlinien der Fahrpedalposition auf das Zieldrehmoment speichern und kann auf der Grundlage einer Ausgewählten der Kennlinien die Fahrerdrehmomentanforderung 204 bestimmen. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann auch einen oder mehrere Filter anwenden, um die Rate von Änderungen der Fahrerdrehmomentanforderung 204 zu begrenzen.
Ein Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 208 arbitriert zwischen der Fahrerdrehmomentanforderung 204 und anderen Achsdrehmomentanforderungen 210. Das Achsdrehmoment (das Drehmoment an den Rädern) kann durch verschiedene Quellen einschließlich einer Kraftmaschine und/oder eines Elektromotors erzeugt werden. Zum Beispiel können die Achsdrehmomentanforderungen 210 eine Drehmomentverringerung umfassen, die durch ein Traktionssteuersystem 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 gegenüber der Straßenoberfläche zu rutschen beginnen. Außerdem können die Achsdrehmomentanforderungen 210 eine Drehmomenterhöhungsanforderung erhalten, um einem negativen Radschlupf entgegenzuwirken, bei dem ein Reifen des Fahrzeugs in der anderen Richtung in Bezug auf die Straßenoberfläche rutscht, da das Achsdrehmoment negativ ist.
Außerdem können die Achsdrehmomentanforderungen 210 Bremsmanagementanforderungen und Fahrzeugübergeschwindigkeits-Drehmomentanforderungen umfassen. Die Bremsmanagementanforderungen können das Achsdrehmoment verringern, um sicherzustellen, dass das Achsdrehmoment die Fähigkeit der Bremsen, das Fahrzeug zu halten, wenn das Fahrzeug angehalten wird, nicht überschreitet. Fahrzeugübergeschwindigkeits-Drehmomentanforderungen können das Achsdrehmoment verringern, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorgegebene Geschwindigkeit übersteigt. Die Achsdrehmomentanforderungen 210 können ebenfalls durch Fahrzeugstabilitätssteuersysteme erzeugt werden.
Das Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 208 gibt eine Achsdrehmomentanforderung 212 auf der Grundlage der Ergebnisse einer Arbitrierung zwischen den empfangenen Achsdrehmomentanforderungen 204 und 210 aus. Wie im Folgenden beschrieben wird, kann die Achsdrehmomentanforderung 212 von dem Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 208 wahlweise durch andere Module des ECM 114 angepasst werden, bevor sie zum Steuern der Kraftmaschinenaktoren verwendet werden.
Das Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 208 kann die Achsdrehmomentanforderung 212 an ein Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 214 ausgeben. In verschiedenen Implementierungen kann das Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 208 die Achsdrehmomentanforderung 212 an ein Hybridoptimierungsmodul (nicht gezeigt) ausgeben. Das Hybridoptimierungsmodul kann bestimmen, wie viel Drehmoment durch die Kraftmaschine 102 erzeugt werden sollte und wie viel Drehmoment durch den Elektromotor 198 erzeugt werden sollte. Das Hybridoptimierungsmodul gibt dann eine modifizierte Drehmomentanforderung an das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 214 aus.
Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 214 setzt die Achsdrehmomentanforderung 212 von einem Achsdrehmomentgebiet (Drehmoment an den Rädern) in einen Vortriebsdrehmomentgebiet (Drehmoment an der Kurbelwelle) um. Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 214 arbitriert zwischen der (umgesetzten) Achsdrehmomentanforderung 212 und anderen Vortriebsdrehmomentanforderungen 216. Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 214 erzeugt infolge der Arbitrierung eine Vortriebsdrehmomentanforderung 218.
Die Vortriebsdrehmomentanforderungen 216 können z. B. Drehmomentverringerungen für den Kraftmaschinen-Überdrehzahlschutz, Drehmomenterhöhungen zum Verhindern von Stehenbleiben und durch das Getriebesteuermodul 194 zur Anpassung an Gangschaltungen angeforderte Drehmomentverringerungen umfassen. Außerdem können sich die Vortriebsdrehmomentanforderungen 216 aus einer Kupplungskraftstoffabschaltung ergeben, die das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment verringert, wenn der Fahrer in einem Handschaltgetriebefahrzeug das Kupplungspedal niederdrückt, um ein Hochdrehen der Kraftmaschinendrehzahl zu verhindern.
Außerdem können die Vortriebsdrehmomentanforderungen 216 eine Kraftmaschinenabschaltanforderung umfassen, die initiiert werden kann, wenn ein kritischer Fehler detektiert wird. Nur beispielhaft können kritische Fehler die Detektion eines Fahrzeugdiebstahls, eines festgefahrenen Startermotors, Probleme der elektronischen Drosselklappensteuerung und unerwartete Drehmomentzunahmen umfassen. In verschiedenen Implementierungen wählt die Arbitrierung die Kraftmaschinenabschaltanforderung als die siegreiche Anforderung aus, wenn eine Kraftmaschinenabschaltanforderung vorhanden ist. Wenn die Kraftmaschinenabschaltanforderung vorhanden ist, kann das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 214 Null als die Vortriebsdrehmomentanforderung 218 ausgeben.
In verschiedenen Implementierungen kann eine Kraftmaschinenabschaltanforderung die Kraftmaschine 102 einfach getrennt von dem Arbitrierungsprozess abschalten. Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 214 kann weiterhin die Kraftmaschinenabschaltanforderung empfangen, so dass z. B. geeignete Daten an andere Drehmomentanforderungseinrichtungen rückgekoppelt werden können. Zum Beispiel können alle anderen Drehmomentanforderungseinrichtungen informiert werden, dass sie die Arbitrierung verloren haben.
Ein Zielwert-Erzeugungsmodul 220 (siehe auch 3) erzeugt Zielwerte für die Kraftmaschinenaktoren auf der Grundlage der Vortriebsdrehmomentanforderung 218 und anderer Parameter, wie es nachstehend weiter besprochen wird. Das Zielwert-Erzeugungsmodul 220 erzeugt die Zielwerte unter Verwendung einer Modellvorhersagesteuerung (MPC von model predictive control). Die Vortriebsdrehmomentanforderung 218 kann ein Bremsdrehmoment sein. Bremsdrehmoment kann sich auf ein Drehmoment an der Kurbelwelle unter den aktuellen Betriebsbedingungen beziehen.
Die Zielwerte umfassen eine Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230, eine Ziel-Drosselöffnungsfläche 232, eine Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234, einen Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 236 und einen Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 238. Die Zielwerte umfassen auch eine Ziel-Zündzeiteinstellung 240, eine zu aktivierende Ziel-Zylinderzahl 242 und Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 244. Das Ladedruckaktormodul 164 steuert das Ladedruckregelventil 162, um die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230 zu erreichen. Zum Beispiel kann ein erstes Umsetzungsmodul 248 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230 in einen Ziel-Tastgrad 250 umsetzen, der an das Ladedruckregelventil 162 angelegt werden soll, und das Ladedruckaktormodul 164 kann auf der Grundlage des Ziel-Tastgrads 250 ein Signal an das Ladedruckregelventil 162 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das erste Umsetzungsmodul 248 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230 in eine Ziel-Ladedruckregelventil-Position (nicht gezeigt) umsetzen und die Ziel-Ladedruckregelventil-Position in den Ziel-Tastgrad 250 umsetzen.
Das Drosselaktormodul 116 steuert das Drosselventil 112, um die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 zu erreichen. Zum Beispiel kann ein zweites Umsetzungsmodul 252 die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 in einen Ziel-Tastgrad 254 umsetzen, der an das Drosselventil 112 angelegt werden soll, und das Drosselaktormodul 116 kann auf der Grundlage des Ziel-Tastgrads 254 ein Signal an das Drosselventil 112 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das zweite Umsetzungsmodul 252 die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 in eine Ziel-Drosselposition (nicht gezeigt) umsetzen und die Ziel-Drosselposition in den Ziel-Tastgrad 254 umsetzen.
Das AGR-Aktormodul 172 steuert das AGR-Ventil 170, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 zu erreichen. Zum Beispiel kann ein drittes Umsetzungsmodul 256 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 in einen Ziel-Tastgrad 258 umsetzen, der an das AGR-Ventil 170 angelegt werden soll, und das AGR-Aktormodul 172 kann auf der Grundlage des Ziel-Tastgrads 258 ein Signal an das AGR-Ventil 170 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das dritte Umsetzungsmodul 256 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 in eine Ziel-AGR-Position (nicht gezeigt) umsetzen und die Ziel-AGR-Position in den Ziel-Tastgrad 258 umsetzen.
Das Phasensteller-Aktormodul 158 steuert den Einlassnocken-Phasensteller 148, um den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 236 zu erreichen. Außerdem steuert das Phasensteller-Aktormodul 158 den Auslassnocken-Phasensteller 150, um den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 238 zu erreichen. In verschiedenen Implementierungen kann ein viertes Umsetzungsmodul (nicht gezeigt) enthalten sein und den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 236 und 238 in einen Ziel-Einlasstastgrad bzw. in einen Ziel-Auslasstastgrad umsetzen. Das Phasensteller-Aktormodul 158 kann den Ziel-Einlasstastgrad und den Ziel-Auslasstastgrad an den Einlassnocken-Phasensteller und an den Auslassnocken-Phasensteller 148 bzw. 150 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das Zielwert-Erzeugungsmodul 220 einen Ziel-Ventilüberlappungsfaktor und einen effektiven Zielhubraum bestimmen, und das Phasensteller-Aktormodul 158 kann den Einlassnocken-Phasensteller und den Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150 steuern, um den Ziel-Überlappungsfaktor und den effektiven Zielhubraum zu erreichen.
Das Zündungsaktormodul 126 liefert auf der Grundlage der Ziel-Zündzeiteinstellung 240 Zündfunken. In verschiedenen Implementierungen kann das Zielwert-Erzeugungsmodul 220 einen Ziel-Verbrennungsphasenlagenwert, wie etwa einen Ziel-Kurbelwellenwinkel, erzeugen, wo 50 Prozent einer gelieferten Kraftstoffmasse verbrannt sein werden (CA50). Die Ziel-Zündzeiteinstellung kann auf der Grundlage des Ziel-Verbrennungsphasenlagenwerts und einer geschätzten Verbrennungsdauer bestimmt werden. Die geschätzte Verbrennungsdauer kann zum Beispiel auf der Grundlage von APC, Luftfeuchtigkeit, Verdünnung und Temperatur von Luft in einem Zylinder bestimmt werden. Alternativ kann das Zielwert-Erzeugungsmodul 220 eine Ziel-Drehmomentabnahme bestimmen, und die Ziel-Zündzeiteinstellung 240 kann auf der Grundlage davon bestimmt werden, wie stark die Zündzeiteinstellung relativ zu einer optimalen Zündzeiteinstellung nach spät zu verstellen ist, um die Ziel-Drehmomentabnahme zu erreichen.
Das Zylinderaktormodul 120 aktiviert und deaktiviert wahlweise auf der Grundlage der Ziel-Zylinderzahl 242 die Ventile von Zylindern. Außerdem kann die Beaufschlagung mit Kraftstoff und Zündfunken für deaktivierte Zylinder gesperrt werden. Die Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 244 können z. B. eine Ziel-Kraftstoffmasse, eine Ziel-Einspritzanfangszeiteinstellung und eine Zielanzahl der Kraftstoffeinspritzungen umfassen. Das Kraftstoffaktormodul 124 steuert die Kraftstoffbeaufschlagung auf der Grundlage der Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 244.
3 ist ein Funktionsblockschaltbild einer beispielhaften Implementierung des Zielwert-Erzeugungsmoduls 220. Nun unter Bezugnahme auf die 2 und 3 kann die Vortriebsdrehmomentanforderung 218 wie oben diskutiert ein Bremsdrehmoment sein. Ein Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 setzt die Vortriebsdrehmomentanforderung 218 von einem Bremsdrehmoment in ein Basisdrehmoment um. Die Drehmomentanforderung, die sich aus der Umsetzung in das Basisdrehmoment ergibt, wird als eine Basisdrehmomentanforderung 308 bezeichnet.
Basisdrehmomente können sich auf ein Drehmoment an der Kurbelwelle beziehen, das während des Betriebs der Kraftmaschine 102 an einem Dynamometer erzeugt wird, während die Kraftmaschine 102 warm ist und an der Kraftmaschine 102 keine Drehmomentlasten durch Nebenaggregate, wie etwa eine Lichtmaschine und den A/C-Kompressor, auferlegt werden. Das Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 kann die Vortriebsdrehmomentanforderung 218 z. B. unter Verwendung einer Abbildung oder einer Funktion, die die Bremsdrehmomente mit Basisdrehmomenten in Beziehung setzt, in die Basisdrehmomentanforderung 308 umsetzen. In verschiedenen Implementierungen kann das Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 die Vortriebsdrehmomentanforderung 218 in einen anderen geeigneten Drehmomenttyp wie etwa in ein indiziertes Drehmoment umsetzen. Ein indiziertes Drehmoment kann sich auf ein Drehmoment an der Kurbelwelle beziehen, das Arbeit zuzuschreiben ist, die über Verbrennung innerhalb der Zylinder erzeugt wird.
Ein MPC-Modul (model predictive control module) Modul 312 erzeugt die Zielwerte 230–244 unter Verwendung von MPC. Das MPC-Modul 312 kann ein einzelnes Modul sein oder kann mehrere Module umfassen. Zum Beispiel kann das MPC-Modul 312 ein Sequenzbestimmungsmodul 316 umfassen. Das Sequenzbestimmungsmodul 316 bestimmt mögliche Sequenzen der Zielwerte 230–244, die während N künftiger Steuerschleifen zusammen verwendet werden können. Jede der möglichen durch das Sequenzbestimmungsmodul 316 identifizierten Sequenzen umfasst für jeden der Zielwerte 230–244 eine Sequenz von N Werten. Mit anderen Worten, jede mögliche Sequenz umfasst eine Sequenz von N Werten für die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230, eine Sequenz von N Werten für die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232, eine Sequenz von N Werten für die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234, eine Sequenz von N Werten für den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 236 und eine Sequenz von N Werten für den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 238. Jede mögliche Sequenz umfasst auch eine Sequenz von N Werten für die Ziel-Zündzeiteinstellung 240, die Ziel-Zylinderzahl 242 und die Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 244. Jeder der N Werte ist für eine entsprechende der N künftigen Steuerschleifen. N ist eine ganze Zahl größer oder gleich eins.
Ein Vorhersagemodul 323 bestimmt auf der Grundlage eines mathematischen Modells 324 der Kraftmaschine 102, exogener Eingaben 328 und Rückkopplungseingaben 330 jeweils das vorhergesagte Ansprechen der Kraftmaschine 102 auf die möglichen Sequenzen der Zielwerte 230–244. Zum Beispiel auf der Grundlage einer möglichen Sequenz der Zielwerte 230–244, der exogenen Eingänge 328 und der Rückkopplungseingänge 330, erzeugt das Vorhersagemodul 323 unter Verwendung des Models 324 eine Sequenz von N vorhergesagten Drehmomenten der Kraftmaschine 102 für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von N vorhergesagten Kraftstoffwirtschaftlichkeitswerten für die N Steuerschleifen und eine Sequenz von N vorhergesagten Geräusch-, Vibrations- und Rauheitswerten (NVH-Werten) für die N Steuerschleifen. Während ein Beispiel zum Erzeugen eines vorhergesagten Drehmoments, einer vorhergesagten Kraftstoffwirtschaftlichkeit und einer vorhergesagten NVH beschrieben ist, können die vorhergesagten Parameter einen oder mehrere andere vorhergesagte Betriebsparameter umfassen.
Das Modell 324 kann z. B. eine auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibrierte Funktion oder eine Kennlinie umfassen. Die exogenen Eingänge 328 können Parameter umfassen, die nicht direkt durch die Kraftmaschinenaktoren beeinflusst werden. Zum Beispiel können die exogenen Eingaben 328 die Kraftmaschinendrehzahl, den Turbolader-Einlassluftdruck, die IAT und/oder einen oder mehrere andere Parameter umfassen. Die Rückkopplungseingaben 330 können z. B. eine geschätzte Drehmomentausgabe der Kraftmaschine 102, einen Auslassdruck stromabwärts des Turbinenrads 160-1 des Turboladers, die IAT, eine APC der Kraftmaschine 102, eine geschätzte Restverdünnung, eine geschätzte externe Verdünnung und/oder eine oder mehrere andere geeignete Parameter umfassen. Die Rückkopplungseingaben 330 können unter Verwendung von Sensoren (z. B. die IAT) gemessen werden und/oder können auf der Grundlage eines oder mehrerer anderer Parameter geschätzt werden.
Zum Beispiel kann das Vorhersagemodul 323 die vorhergesagten Parameter für eine gegebene Sequenz möglicher Zielwerte auf der Grundlage der folgenden Beziehungen erzeugen: x(k + 1) = Ax(k) + Bu(k); und y(k) = Cx(k), wobei x(k + 1) ein Vektor mit Einträgen ist, die Zustände der Kraftmaschine 102 für eine nächste Steuerschleife k + 1 angeben, A eine Matrix ist, die konstante Werte umfasst, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind, x(k) ein Vektor mit Einträgen ist, die Zustände der Kraftmaschine 102 für die k-te Steuerschleife angeben, B eine Matrix ist, die konstante Werte umfasst, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind, u(k) ein Vektor mit enthaltenen Einträgen für die möglichen Zielwerte für die k-te Steuerschleife ist, y(k) ein Vektor ist, der die vorhergesagten Parameter für die k-te Steuerschleife umfasst, und C eine Matrix ist, die konstante Werte umfasst, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind. Der Vektor x(k + 1), der während der k-ten Steuerschleife bestimmte bestimmt wird, wird als der Vektor x(k) für die nächste Steuerschleife k + 1 verwendet werden. Das Vorhersagemodul 323 erzeugt die vorhergesagten Parameter für jede der M der N künftigen Steuerschleifen, wobei M eine ganze Zahl ist, die größer als 0 und kleiner oder gleich N ist (i. e., k = 0, 1, ... M). Die Beziehungen könnten auch geschrieben werden als: x(k) = Ax(k – 1) + Bu(k – 1); und y(k) = Cx(k), wobei k eine Steuerschleife ist, x(k – 1) ein Vektor mit Einträgen ist, die Zustände der Kraftmaschine 102 für die letzte Steuerschleife angeben, A eine Matrix ist, die konstante Werte umfasst, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind, x(k) ein Vektor mit Einträgen ist, die Zustände der Kraftmaschine 102 für die k-te Steuerschleife angeben, B eine Matrix ist, die konstante Werte umfasst, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind, u(k – 1) ein Vektor mit enthaltenen Einträgen für die möglichen Zielwerte für die letzte Steuerschleife k – 1 ist.
Nun wird beschrieben, wie die Komponenten der obigen Beziehungen für das Beispiel der vorhergesagten Parameter umgeschrieben werden können, die vorhergesagtes Drehmoment, vorhergesagte Kraftstoffwirtschaftlichkeit und vorhergesagte NVH umfassen. Der Vektor x(k + 1) kann umgeschrieben werden als:
wobei x1(k + 1) ein erster Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die nächste Steuerschleife ist, x2(k + 1) ein zweiter Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die nächste Steuerschleife ist, und x3(k + 1) ein dritter Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die nächste Steuerschleife ist.
Die Matrix A kann umgeschrieben werden als:
wobei a11–a33 konstante Werte sind, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind.
Der Vektor x(k) kann umgeschrieben werden als:
wobei x1(k) der erste Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die k-te Steuerschleife ist, x2(k) der zweite Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die k-te Steuerschleife ist, und x3(k) der dritte Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die k-te Steuerschleife ist. Die Einträge des Vektors x(k) sind die für die letzte Steuerschleife berechneten Einträge des Vektors x(k + 1). Die für die k-te Steuerschleife berechneten Einträge des Vektors x(k + 1) werden für die nächste Steuerschleife als die Einträge des Vektors x(k) verwendet.
Die Matrix B kann umgeschrieben werden als:
wobei b11–b38 konstante Werte sind, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind.
Der Vektor u(k) kann umgeschrieben werden als:
wobei PTT(k) eine mögliche Ziel-Drosselöffnung einer möglichen Sequenz für die k-te Steuerschleife ist, PTWG(k) eine mögliche Ziel-Ladedruckregelventilöffnung der möglichen Sequenz für die k-te Steuerschleife ist, PTEGR(k) eine mögliche Ziel-AGR-Öffnung der möglichen Sequenz für die k-te Steuerschleife ist, PTICP(k) ein möglicher Ziel-Einlassnocken-Phasenlageneinstellwert der möglichen Sequenz für die k-te Steuerschleife ist, und PTECP(k) ein möglicher Ziel-Auslassnocken-Phasenlageneinstellwert der möglichen Sequenz für die k-te Steuerschleife ist. PTS(k) eine mögliche Ziel-Zündzeiteinstellung für die k-te Steuerschleife ist, PTN(k) eine mögliche Zylinderzahl für die k-te Steuerschleife ist, und PTF(k) mögliche Kraftstoffbeaufschlagungsparameter für die k-te Steuerschleife umfasst.
Der Vektor y(k) kann umgeschrieben werden als:
wobei PT(k) ein vorhergesagtes Drehmoment der Kraftmaschine 102 für die k-te Steuerschleife ist, PF(k) eine vorhergesagte Kraftstoffwirtschaftlichkeit der Kraftmaschine 102 für die k-te Steuerschleife ist, und PNVH(k) eine vorhergesagte NVH für die k-te Steuerschleife ist.
Die Matrix C kann umgeschrieben werden als:
wobei c11–c33 konstante Werte sind, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind.
Das Modell 324 kann mehrere unterschiedliche Sätze der A-, B- und C-Matrizen für unterschiedliche Betriebsbedingungen umfassen. Das Vorhersagemodul 323 kann auf der Grundlage der Kraftmaschinen-Drehzahl, der Kraftmaschinenlast und/oder einem oder mehreren anderen Parametern auswählen, welcher Satz der A-, B- und C-Matrizen zu verwenden ist.
Ein Kostenmodul 332 bestimmt für jede der möglichen Sequenzen der Zielwerte 230–244 auf der Grundlage der vorhergesagten Parameter, die für eine mögliche Sequenz bestimmt worden sind, und der Ausgangsreferenzwerte 356 einen Kostenwert. Eine beispielhafte Kostenbestimmung wird im Folgenden diskutiert.
Ein Auswahlmodul 344 wählt jeweils auf der Grundlage der Kosten der möglichen Sequenzen eine der möglichen Sequenzen der Zielwerte 230–244 aus. Zum Beispiel kann das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten, während die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind, auswählen. In verschiedenen Implementierungen kann das Modell 324 die eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten, während die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind, auswählen.
In verschiedenen Implementierungen kann bei der Kostenbestimmung ein Erfüllen der Ausgabebeschränkungen 352 berücksichtigt werden. Mit anderen Worten kann das Kostenmodul 332 die Kostenwerte ferner auf der Grundlage der Ausgabebeschränkungen 352 bestimmen. Wie es nachstehend weiter besprochen wird, wird das Auswahlmodul 344 auf der Grundlage davon, wie die Kostenwerte bestimmt werden, die eine der möglichen Sequenzen auswählen, die die Basisdrehmomentanforderung 308 am besten erreicht, die NVH minimiert und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit maximiert.
Das Auswahlmodul 344 kann die Zielwerte 230–244 jeweils auf die Ersten der N Werte der ausgewählten möglichen Sequenz einstellen. Mit anderen Worten kann das Auswahlmodul 344 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230 einstellen, kann die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 einstellen, kann die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 einstellen, kann den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 236 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 236 einstellen und kann den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 238 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 238 einstellen. Das Auswahlmodul 344 stellt auch die Ziel-Zündzeiteinstellung 240 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Zündzeiteinstellung 240, die Ziel-Zylinderzahl 242 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Zylinderzahl 242 und die Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 244 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 244 ein.
Während einer nächsten Steuerschleife identifiziert das MPC-Modul 312 mögliche Sequenzen, erzeugt die vorhergesagten Parameter für die möglichen Sequenzen, bestimmt die Kosten jeder der möglichen Sequenzen, wählt eine der möglichen Sequenzen aus und stellt die Zielwerte 230–244 auf den ersten Satz der Zielwerte 230–244 in der ausgewählten möglichen Sequenz ein. Dieser Prozess wird für jede Steuerschleife fortgesetzt.
Ein Aktorbeschränkungsmodul 360 (siehe 2) stellt für jeden der Zielwerte 230–244 die Aktorbeschränkungen 348 ein. Mit anderen Worten stellt das Aktorbeschränkungsmodul 360 Aktorbeschränkungen für das Drosselventil 112, Aktorbeschränkungen für das AGR-Ventil 170, Aktorbeschränkungen für das Ladedruckregelventil 162, Aktorbeschränkungen für den Einlassnocken-Phasensteller 148 und Aktorbeschränkungen für den Auslassnocken-Phasensteller 150 ein. Das Aktorbeschränkungsmodul 360 stellt auch Aktorbeschränkungen für das Zündungsaktormodul 126, Aktorbeschränkungen für das Zylinderaktormodul 120 und Aktorbeschränkungen für das Kraftstoffaktormodul 124 ein.
Die Aktorbeschränkungen 348 für jeden der Zielwerte 230–244 können einen Maximalwert für einen zugeordneten Zielwert und einen Minimalwert für diesen Zielwert umfassen. Allgemein kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen 348 auf vorbestimmte Betriebsbereiche für die zugeordneten Kraftmaschinenaktoren einstellen. Im Einzelnen kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 im Allgemeinen die Aktorbeschränkungen 348 jeweils auf vorbestimmte Betriebsbereiche für das Drosselventil 112, das AGR-Ventil 170, das Ladedruckregelventil 162, den Einlassnocken-Phasensteller 148, den Auslassnocken-Phasensteller 150, das Zündungsaktormodul 126, das Zylinderaktormodul 120 bzw. das Kraftstoffaktormodul 124 einstellen.
Ein Ausgabebeschränkungsmodul 364 (siehe 2) stellt die Ausgabebeschränkungen 352 für die vorhergesagte Drehmomentausgabe der Kraftmaschine 102, die vorhergesagte Kraftstoffwirtschaftlichkeit und die vorhergesagte NVH ein. Die Ausgabebeschränkungen 352 können für jeden der vorhergesagten Parameter einen Maximalwert für einen zugeordneten vorhergesagten Parameter und einen Minimalwert für diesen vorhergesagten Parameter umfassen. Zum Beispiel können die Ausgabebeschränkungen 352 ein minimales Drehmoment, ein maximales Drehmoment, eine minimale Kraftstoffwirtschaftlichkeit und eine maximale Kraftstoffwirtschaftlichkeit, einen minimalen NVH-Wert und ein maximalen NVH-Wert umfassen.
Das Ausgabebeschränkungsmodul 364 kann die Ausgabebeschränkungen 352 jeweils allgemein auf vorgegebene Bereiche für die zugeordneten vorhergesagten Parameter einstellen. Allerdings kann das Ausgabebeschränkungsmodul 364 unter manchen Umständen eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 variieren.
Ein Referenzmodul 368 (siehe 2) erzeugt jeweils die Referenzwerte 356 für die Zielwerte 230–244. Die Referenzwerte 356 umfassen für jeden der Zielwerte 230–244 eine Referenz. Mit anderen Worten umfassen die Referenzwerte 356 eine Referenz-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche, eine Referenz-Drosselöffnungsfläche, eine Referenz-AGR-Öffnungsfläche, einen Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und einen Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel. Die Referenzwerte 356 umfassen auch eine Referenz-Zündzeiteinstellung, eine Referenz-Zylinderzahl und Referenz-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter.
Das Referenzmodul 368 kann die Referenzwerte 356 z. B. auf der Grundlage der Vortriebsdrehmomentanforderung 218 und/oder der Basisdrehmomentanforderung 308 bestimmen. Die Referenzwerte 356 stellen jeweils Referenzen zum Einstellen der Zielwerte 230–244 bereit. Wie im Folgenden diskutiert wird, können die Referenzwerte 356 verwendet werden, um die Kostenwerte für mögliche Sequenzen zu bestimmen. Außerdem können die Referenzwerte 356 aus einem oder mehreren anderen Gründen wie etwa durch das Sequenzbestimmungsmodul 316 zum Bestimmen möglicher Sequenzen verwendet werden.
Anstelle von oder zusätzlich zu dem Erzeugen von Sequenzen möglicher Zielwerte und zum Bestimmen der Kosten jeder der Sequenzen kann das MPC-Modul 312 eine Sequenz möglicher Zielwerte mit den niedrigsten Kosten unter Verwendung konvexer Optimierungstechniken identifizieren. Zum Beispiel kann das MPC-Modul 312 die Zielwerte 230–244 unter Verwendung eines Gleichungslösers der quadratischen Programmierung (QP) wie etwa eines Dantzig-QP-Gleichungslösers bestimmen. In einem anderen Beispiel kann das MPC-Modul 312 für die möglichen Sequenzen der Zielwerte 230–244 eine Fläche der Kostenwerte erzeugen und auf der Grundlage des Anstiegs der Kostenfläche eine Sequenz möglicher Zielwerte mit den niedrigsten Kosten identifizieren. Daraufhin kann das MPC-Modul 312 diese Sequenz möglicher Zielwerte testen, um zu bestimmen, ob diese Sequenz möglicher Zielwerte die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt. Wenn dies der Fall ist, kann das MPC-Modul 312 die Zielwerte 230–244 jeweils auf die Ersten der N Werte dieser ausgewählten möglichen Sequenz einstellen, wie es oben besprochen wurde.
Wenn die Aktorbeschränkungen 348 nicht erfüllt sind, wählt das MPC-Modul 312 eine andere Sequenz möglicher Zielwerte mit nächst niedrigsten Kosten aus und testet diese Sequenz möglicher Zielwerte auf Erfüllung der Aktorbeschränkungen 348. Der Prozess des Auswählens einer Sequenz und des Testens der Sequenz auf Erfüllung der Aktorbeschränkungen 348 kann als eine Iteration bezeichnet werden. Es können mehrere Iterationen während jeder Steuerschleife durchgeführt werden.
Das MPC-Modul 312 führt Iterationen durch, bis eine Sequenz mit den niedrigsten Kosten identifiziert wird, die die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt. Auf diese Weise wählt das MPC-Modul 312 die Sequenz möglicher Zielwerte mit den niedrigsten Kosten aus, während die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt werden. Wenn keine Sequenz identifiziert werden kann, kann das MPC-Modul 312 angeben, dass keine Lösung verfügbar ist.
Das Kostenmodul 332 kann die Kosten für die möglichen Sequenzen der Zielwerte 230–244 auf der Grundlage von Beziehungen bestimmen zwischen: dem vorhergesagten Drehmoment und der Basisdrehmomentanforderung 308, der vorhergesagten NVH und einer vorbestimmten minimalen NVH; der vorhergesagten Kraftstoffwirtschaftlichkeit und einer vorbestimmten maximalen Kraftstoffwirtschaftlichkeit; und den möglichen Zielwerten und den jeweiligen Aktorbeschränkungen 348. Die Beziehungen können z. B. gewichtet werden, um die Wirkung, die jede der Beziehungen auf die Kosten hat, zu steuern.
Nur beispielhaft kann das Kostenmodul 332 die Kosten (engl.: Cost) für eine mögliche Sequenz der Zielwerte 230–244 auf der Grundlage der folgenden Gleichung: Cost = Σ N / i=1ρ∊² + ]∥wT·(TP_i – BTR_i)∥² + ∥wF·(FEP_i – MaxFE)∥² + ∥wNVH·(FEP_i – MinNVH)∥², vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352, bestimmen. Kosten (Cost) sind die Kosten für die mögliche Sequenz der Zielwerte 230–244, TPi ist das vorhergesagte Drehmoment der Kraftmaschine 102 für eine i-te der N Steuerschleifen, BTRi ist die Basisdrehmomentanforderung 308 für die i-te der N Steuerschleifen, und wT ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen dem vorhergesagten Drehmoment und der Basisdrehmomentanforderung zugeordnet ist.
FEPi ist die vorhergesagte Kraftstoffwirtschaftlichkeit für die i-te der N Steuerschleifen, MaxFE ist die vorbestimmte maximale Kraftstoffwirtschaftlichkeit, und wF ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen der vorhergesagten Kraftstoffwirtschaftlichkeit und der vorbestimmten maximalen Kraftstoffwirtschaftlichkeit zugeordnet ist. NVHi ist die vorhergesagte NVH für die i-te der N Steuerschleifen, MinNVH ist die vorbestimmte minimale NVH, und wNVH ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen der vorhergesagten NVH und der vorbestimmten minimalen NVH zugeordnet ist.
Die oben Gleichung kann erweitert werden zu: Cost = Σ N / i=1ρ∊² + ∥wT·(TP_i – BTR_i)∥² + ∥wF·(FEP_i – MaxFE)∥² + ∥wNVH·(FEP_i – MinNVH)∥² + ∥wTV·(PTTOi – TORefi)∥² + ∥wWG·(PTWGOi – EGORefi)∥² + ∥wEGR·(PTEGROi – EGRORefi)∥² + ∥wIP·(PTICPi – ICPRefi)∥² + ∥wEP·(PTECPi – ECPRefi)∥² + ∥wS·(PSi – SRefi)∥² + ∥wN·(PNi – NRefi)∥² + ∥wF·(PFi – FRefi)∥², vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352. PTTOi ist eine mögliche Ziel-Drosselöffnung für die i-te der N Steuerschleifen, TORef ist die Referenz-Drosselöffnung für die i-te der N Steuerschleifen, und wTV ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Ziel-Drosselöffnungen und den Referenz-Drosselöffnungen zugeordnet ist. PTWGOi ist eine mögliche Ziel-Ladedruckregelventilöffnung für die i-te der N Steuerschleifen, WGORef ist die Referenz-Ladedruckregelventilöffnung für die i-te der N Steuerschleifen, und wWG ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Ziel-Ladedruckregelventilöffnungen und den Referenz-Ladedruckregelventilöffnungen zugeordnet ist.
PTEGROi ist eine mögliche Ziel-AGR-Öffnung für die i-te der N Steuerschleifen, EGRRef ist die Referenz-AGR-Öffnung für die i-te der N Steuerschleifen, und wEGR ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Ziel-AGR-Öffnungen und den Referenz-AGR-Öffnungen zugeordnet ist. PTICi ist ein möglicher Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel für die i-te der N Steuerschleifen, ICPRef ist ein Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel für die i-te der N Steuerschleifen, und wIP ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen dem möglichen Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkeln zugeordnet ist. PTECi ist ein möglicher Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel für die i-te der N Steuerschleifen, ECPRef ist ein Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel für die i-te der N Steuerschleifen, und wEP ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen dem möglichen Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel und den Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkeln zugeordnet ist.
PSi ist eine mögliche Ziel-Zündzeiteinstellung für die i-te der N Steuerschleifen, SRef ist die Referenz-Zündzeiteinstellung für die i-te der N Steuerschleifen, und wS ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Ziel-Zündzeiteinstellungen und den Referenz-Zündzeiteinstellungen zugeordnet ist. PNi ist eine mögliche Zylinderzahl für die i-te der N Steuerschleifen, NRef ist die Referenz-Zylinderzahl für die i-te der N Steuerschleifen, und wN ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen der möglichen Zylinderzahl und der Referenz-Zylinderzahl zugeordnet ist. Pfi ist die mögliche Kraftstoffbeaufschlagung für die i-te der N Steuerschleifen, FRef ist die Referenz-Kraftstoffbeaufschlagung für die i-te der N Steuerschleifen, und wF ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen der möglichen Kraftstoffbeaufschlagung und der Referenz-Kraftstoffbeaufschlagung zugeordnet ist.
ρ ist ein Gewichtungswert, der der Erfüllung der Ausgabebeschränkungen 352 zugeordnet ist. ∊ ist eine Variable, die das Kostenmodul 332 auf der Grundlage dessen einstellen kann, ob die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sein werden. Zum Beispiel kann das Kostenmodul 332 ∊ erhöhen, wenn ein vorhergesagter Parameter (z. B. wenigstens um einen vorgegebenen Betrag) größer oder kleiner als der entsprechende Minimal- oder Maximalwert ist. Wenn alle Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind, kann das Kostenmodul 332 ∊ auf Null einstellen. ρ kann größer als der Gewichtungswert wT, der Gewichtungswert wFE, der Gewichtungswert wNVH und die anderen Gewichtungswerte (wTV, wWG, wEGR, wIP, wEP, wS, wN, wF) sein, so dass die für eine mögliche Sequenz bestimmten Kosten groß sein werden, falls eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 nicht erfüllt sind. Dies kann die Auswahl einer möglichen Sequenz verhindern helfen, wenn eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 nicht erfüllt sind.
Der Gewichtungswert wT kann größer als der Gewichtungswert wFE, der Gewichtungswert wNVH und die Gewichtungswerte wTV, wWG, wEGR, wIP, wEP, wS, wN und wF sein. Wie nachstehend weiter besprochen wird, hat die Beziehung zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und der Basisdrehmomentanforderung 308 auf diese Weise eine größere Wirkung auf die Kosten und somit auf die Auswahl einer der möglichen Sequenzen. Während die Differenz zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und der Basisdrehmomentanforderung 308 zunimmt, nehmen die Kosten zu, und umgekehrt.
Der Gewichtungswert wFE und der Gewichtungswert wNVH können größer als die Gewichtungswerte wTV, wWG, wEGR, wIP, wEP, wS, wN und wF sein. Auf diese Weise haben die Beziehung zwischen der vorhergesagten Kraftstoffwirtschaftlichkeit und der vorbestimmten maximalen Kraftstoffwirtschaftlichkeit und die Beziehung zwischen der vorhergesagten NVH und der vorbestimmten NVH größere Auswirkungen auf die Kosten. Lediglich beispielhaft kann die vorbestimmte minimale NVH Null oder ein anderer geeigneter Wert sein, und die vorbestimmte maximale Kraftstoffwirtschaftlichkeit kann ein Wert sein, der eine größtmögliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit angibt.
Wenn das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten auswählen kann, kann das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen auswählen, die die Basisdrehmomentanforderung 308 am besten erreicht, während sie die NVH minimiert und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit maximiert.
Die Gewichtungswerte wTV, wWG, wEGR, wIP, wEP, wS, wN und wF können kleiner als alle anderen Gewichtungswerte sein. Auf diese Weise können sich die Zielwerte 230–244 während des stationären Betriebs jeweils in der Nähe der oder bei den Referenzwerten 356 einpendeln. Während eines vorübergehenden Betriebs oder wenn eine Änderung der Basisdrehmomentanforderung 308 antizipiert wird, kann jedoch das MPC-Modul 312 die Zielwerte 230–244 weg von den Referenzwerten 356 anpassen, um die Basisdrehmomentanforderung 308 genauer zu verfolgen, die NVH zu minimieren und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu maximieren, während die Aktorbeschränkungen 348 und Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt werden.
Wie oben diskutiert wurde, wird der Kostenwert auf der Grundlage der Beziehungen jeweils zwischen den vorhergesagten Drehmomenten für künftige der N Steuerschleifen und den Basisdrehmomentanforderungen für jene der N Steuerschleifen bestimmt. Die Basisdrehmomentanforderung 308 wird für die nächste der N Steuerschleifen (d. h. für i = 1) erzeugt.
Wieder unter Bezugnahme auf 2 stellt ein Modul für eine künftige Anforderung 380 die Basisdrehmomentanforderungen für die weiteren der N Steuerschleifen (d. h. für i = 2, ... N) ein. Diese Basisdrehmomentanforderungen (für i = 2, ..., N) werden als künftige Drehmomentanforderungen 384 bezeichnet und entsprechen erwarteten Werten der Basisdrehmomentanforderung 308, die für diese künftigen Steuerschleifen erzeugt werden. Wie es oben besprochen wurde, werden die künftigen Drehmomentanforderungen 384 bei der Bestimmung der Kosten der möglichen Sequenzen berücksichtigt.
Wenn das Modul für eine künftige Anforderung 380 bestimmt, dass die Basisdrehmomentanforderung 308 während N Steuerschleifen, annähernd konstant bleiben wird, kann das Modul für eine künftige Anforderung 380 die künftigen Drehmomentanforderungen 384 gleich der Basisdrehmomentanforderung 308 einstellen. Das Modul für eine künftige Anforderung 380 kann unter manchen Umständen die künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf größer als die Basisdrehmomentanforderung 308 oder auf kleiner als die Basisdrehmomentanforderung 308 einstellen.
Zum Beispiel, wie es oben besprochen wurde, wendet das Fahrerdrehmomentmodul 202 einen oder mehrere Filter an, um die Fahrerdrehmomentanforderung 204 zu erzeugen. Die Fahrerdrehmomentanforderung 204 kann sich daher nicht so schnell wie zum Beispiel die Fahrpedalstellung ändern. Das Modul für eine künftige Anforderung 380 kann die künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf größer als die Basisdrehmomentanforderung 308 einstellen, wenn die Fahrpedalstellung in Antizipation der Zunahme der Fahrerdrehmomentanforderung 204, die später in Ansprechen auf die Fahrpedalzunahme auftreten wird, zunimmt. Dagegen kann das Modul für eine künftige Anforderung 380 die künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf weniger als die Basisdrehmomentanforderung 308 einstellen, wenn die Fahrpedalstellung abnimmt, da die Fahrerdrehmomentanforderung 204 in Ansprechen auf die Fahrpedalabnahme später abnehmen wird.
Das Modul für eine künftige Anforderung 380 kann die künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf größer als die Basisdrehmomentanforderung 308 einstellen, wenn der Fahrer einen Sport-Betriebsmodus des Fahrzeugs ausgewählt hat. Dies kann vorgenommen werden, um es der Kraftmaschine 102 zu ermöglichen, schneller auf das Niederdrücken des Fahrpedals und eine Zunahme der Fahrpedalposition durch den Fahrer anzusprechen.
Ein anderes Beispiel ist, dass das Modul für eine künftige Anforderung 380 die künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf größer oder kleiner als die Basisdrehmomentanforderung 308 für Gangschaltungen des Getriebes einstellen kann. Zum Beispiel kann das Modul für eine künftige Anforderung 380 die künftigen Drehmomentanforderungen 384 für ein Hochschalten des Getriebes auf größer als die Basisdrehmomentanforderung 308 einstellen, und kann die künftigen Drehmomentanforderungen 384 für ein Herunterschalten des Getriebes auf weniger als die Basisdrehmomentanforderung einstellen. Das Getriebesteuermodul 194 kann dem ECM 114 aufkommende Gangschaltungen anzeigen.
Ein anderes Beispiel ist, dass das Modul für eine künftige Anforderung 380 die künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf der Basis der Nutzung des Elektromotors auf größer oder kleiner als die Basisdrehmomentanforderung 308 einstellen kann. Zum Beispiel kann das Modul für eine künftige Anforderung 380 die künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf größer als die Basisdrehmomentanforderung 308 einstellen, wenn das durch den Elektromotor 198 zur Ergänzung der Kraftmaschine 102 erzeugte Drehmoment abnehmen wird. Das Modul für eine künftige Anforderung 380 kann die künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf weniger als die Basisdrehmomentanforderung einstellen, wenn das durch den Elektromotor 198 zur Ergänzung der Kraftmaschine 102 erzeugte Drehmoment zunehmen wird.
Andere Beispiele umfassen, dass das Modul für eine künftige Anforderung 380 die künftigen Drehmomentanforderungen 384 für eine Last an der Kraftmaschine 102 und/oder wenn ein Reservedrehmoment angefordert wird, auf größer als die Basisdrehmomentanforderung 308 einstellt. Ein Reserve-/Lastenmodul 388 kann eine Zunahme der künftigen Drehmomentanforderungen 384 anfordern, um eine Drehmomentreserve zu schaffen und/oder eine oder um mehrere Lasten an der Kraftmaschine 102 zu kompensieren.
Eine Drehmomentreserve kann erzeugt werden, indem die APC der Kraftmaschine 102 unter Verwendung einer optimalen Zündzeiteinstellung auf größer als eine APC erhöht wird, die die Basisdrehmomentanforderung 308 erreichen kann. Die Zündzeiteinstellung kann von der optimalen Zündzeiteinstellung, um die Basisdrehmomentanforderung 308 zu erreichen, nach spät verstellt werden, obwohl die Kraftmaschine 102 bei der APC einen größeren Betrag an Drehmoment erzeugen könnte.
Lediglich beispielhaft können das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine und/oder die Luftmassenströmung wie etwa durch intrusive Diagnoseäquivalenzverhältnistests und/oder durch neues Spülen einer Kraftmaschine direkt variiert werden. Bevor diese Prozesse beginnen, kann das Reserve-/Lastenmodul 388 eine Zunahme der künftigen Drehmomentanforderungen 384 (über die Basisdrehmomentanforderung 308 hinaus) anfordern, um Abnahmen des Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoments, die aus einem Abmagern des Luft/Kraftstoff-Gemischs während dieser Prozesse resultieren, schnell auszugleichen.
Außerdem kann das Reserve-/Lastenmodul 388 eine Drehmomentreserve in Antizipation einer künftigen Last wie etwa eines Servolenkungspumpenbetriebs oder des Einrückens einer Klimaanlagen-Kompressorkupplung (A/C-Kompressorkupplung) erzeugen oder erhöhen. Das Reserve-/Lastenmodul 388 kann eine Zunahme der künftigen Drehmomentanforderungen 384 (über die Basisdrehmomentanforderung 308 hinaus) zur Einrückung der A/C-Kompressorkupplung anfordern, wenn der Fahrer erstmalig Klimatisierung anfordert. Die Kraftmaschine 102 wird daher vorbereitet, um zusätzliches Drehmoment zu erzeugen, wenn die A/C-Kompressorkupplung einrückt.
Auf der Grundlage der künftigen Drehmomentanforderungen 384 wird das MPC-Modul 312 eine mögliche Sequenz auswählen, die, während sie die Basisdrehmomentanforderung 308 erreicht, die Kraftmaschine 102 vorbereitet, um die Kraftmaschinen-Drehmomentausgabe zu erhöhen oder zu verringern, wenn die Basisdrehmomentanforderung 308 zunimmt oder abnimmt. Genauer werden mögliche Sequenzen, die zulassen werden, dass die Kraftmaschine 102 künftige Drehmomentanforderungen 384 genauer erreicht, geringere Kosten als andere mögliche Sequenzen haben. Von daher wird das MPC-Modul 312 eine mögliche Sequenz auswählen, die, während sie die Basisdrehmomentanforderung 308 erreicht, die Kraftmaschine 102 vorbereitet, um die künftigen Drehmomentanforderungen 384 zu erreichen. Dies kann zulassen, dass die Kraftmaschine 102 schneller auf die Änderungen der Basisdrehmomentanforderung 308 ansprechen wird, wenn diese auftreten.
Nun unter Bezugnahme auf 4 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Drosselventils 112, des Einlassnocken-Phasenstellers 148, des Auslassnocken-Phasenstellers 150, des Ladedruckregelventils 162 (und somit des Turboladers), des AGR-Ventils 170, der Zündzeiteinstellungen und der aktivierten/deaktivierten Zylinderzahl unter Verwendung der MPC (Modellvorhersagesteuerung) zeigt. Die Steuerung kann mit 404 beginnen, wo das Drehmomentanforderungsmodul 224 die Vortriebsdrehmomentanforderung 218 bestimmt.
Bei 408 setzt das Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 die Vortriebsdrehmomentanforderung 218 in die Basisdrehmomentanforderung 308 oder in irgendeinen anderen geeigneten Drehmomenttyp zur Verwendung durch das MPC-Modul 312 um. Das Modul für eine künftige Anforderung 380 bestimmt die künftigen Drehmomentanforderungen 384 bei 410 auf der Grundlage einer oder mehrerer erwarteter künftiger Änderungen der Basisdrehmomentanforderung 308. Das Sequenzbestimmungsmodul 316 bestimmt bei 412 mögliche Sequenzen der Zielwerte 230–244.
Bei 416 bestimmt das Vorhersagemodul 323 für jede der möglichen Sequenzen von Zielwerten die vorhergesagten Parameter. Das Vorhersagemodul 323 bestimmt die vorhergesagten Parameter für die möglichen Sequenzen auf der Grundlage des Modells 324 der Kraftmaschine 102, der exogenen Eingaben 328 und der Rückkopplungseingaben 330. Im Einzelnen erzeugt das Vorhersagemodul 323 unter Verwendung des Models 324 auf der Grundlage einer möglichen Sequenz der Zielwerte 230–244, der exogenen Eingänge 328 und der Rückkopplungseingänge 330 eine Sequenz von N vorhergesagten Drehmomenten der Kraftmaschine 102 für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von N vorhergesagten Kraftstoffwirkungsgradwerten für die N Steuerschleifen und eine Sequenz von N vorhergesagten NVH-Werten für die N Steuerschleifen.
Bei 420 bestimmt das Kostenmodul 332 jeweils die Kosten für die möglichen Sequenzen. Nur beispielhaft kann das Kostenmodul 332 die Kosten (engl.: ”cost”) für eine mögliche Sequenz der Zielwerte 230–244 auf der Grundlage der folgenden Gleichung: Cost = Σ N / i=1ρ∊² + ∥wT·(TP_i – BTR_i)∥² + ∥wF·(FEP_i – MaxFE)∥² + ∥wNVH·(FEP_i – MinNVH)∥², oder der Gleichung: Cost = Σ N / i=1ρ∊² + ∥wT·(TP_i – BTR_i)∥² + ∥wF·(FEP_i – MaxFE)∥² + ∥wNVH·(FEP_i – MinNVH)∥² + ∥wTV·(PTTOi – TORefi)∥² + ∥wWG·(PTWGOi – EGORefi)∥² + ∥wEGR·(PTEGROi – EGRORefi)∥² + ∥wIP·(PTICPi – ICPRefi)∥² + ∥wEP·(PTECPi – ECPRefi)∥² + ∥wS·(PSi – SRefi)∥² + ∥wN·(PNi – NRefi)∥² + ∥wF·(PFi – FRefi)∥², vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352, bestimmen, wie es oben besprochen wurde.
Bei 424 wählt das Auswahlmodul 344 auf der Grundlage der Kosten der möglichen Sequenzen jeweils eine der möglichen Sequenzen der Zielwerte 230–244 aus. Zum Beispiel kann das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten auswählen. Das Auswahlmodul 344 kann daher die eine der möglichen Sequenzen, die die Basisdrehmomentanforderung 308 und die künftigen Drehmomentanforderungen 384 am besten erreicht, während die Kraftstoffwirtschaftlichkeit maximiert wird und die NVH minimiert wird, auswählen. Anstelle von oder zusätzlich zu der Bestimmung möglicher Sequenzen der Zielwerte bei 402 und zur Bestimmung der Kosten jeder der Sequenzen bei 420 kann das MPC-Modul 312 wie oben diskutiert eine Sequenz möglicher Zielwerte mit den niedrigsten Kosten unter Verwendung konvexer Optimierungstechniken identifizieren.
Bei 425 kann das MPC-Modul 312 bestimmen, ob die ausgewählte der möglichen Sequenzen die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt. Falls 425 wahr ist, kann die Steuerung mit 428 fortfahren. Falls 425 falsch ist, kann das MPC-Modul 312 bei 426 eine andere der möglichen Sequenzen mit den nächst niedrigsten Kosten auswählen und die Steuerung kann zu 425 zurückkehren. Auf diese Weise wird die Sequenz mit den niedrigste Kosten, die die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt, verwendet werden.
Bei 428 setzt das erste Umsetzungsmodul 248 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230 in den Ziel-Tastgrad 250 um, der an das Ladedruckregelventil 162 angelegt werden soll, setzt das zweite Umsetzungsmodul 252 die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 in den Ziel-Tastgrad 254 um, der an das Drosselventil 112 angelegt werden soll. Außerdem setzt das dritte Umsetzungsmodul 256 bei 428 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 in den Ziel-Tastgrad 258 um, der an das AGR-Ventil 170 angelegt werden soll. Außerdem kann das vierte Umsetzungsmodul den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 236 und 238 in den Ziel-Einlasstastgrad und in den Ziel-Auslasstastgrad umsetzen, der an den Einlassnocken-Phasensteller bzw. an den Auslassnocken-Phasensteller 148 bzw. 150 angelegt werden soll. Wenn ein anderer Wert als eine Zündzeiteinstellung bestimmt wird, wie etwa eine Ziel-Drehmomentabnahme oder eine Ziel-Verbrennungsphasenlage, kann die Zündzeiteinstellung bei 428 auf der Grundlage dieses Werts bestimmt werden.
Bei 432 steuert das Drosselaktormodul 116 das Drosselventil 112, um die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 zu erreichen, und steuert das Phasensteller-Aktormodul 158 den Einlassnocken-Phasensteller und den Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150, um den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 236 bzw. 238 zu erreichen. Zum Beispiel kann das Drosselaktormodul 116 ein Signal mit dem Ziel-Tastgrad 254 an das Drosselventil 112 anlegen, um die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 zu erreichen.
Außerdem steuert das AGR-Aktormodul 172 das AGR-Ventil 170 bei 432, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 zu erreichen, und steuert das Ladedruckaktormodul 164 das Ladedruckregelventil 162, um die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230 zu erreichen. Zum Beispiel kann das AGR-Aktormodul 172 ein Signal mit dem Ziel-Tastgrad 258 an das AGR-Ventil 170 anlegen, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 zu erreichen, und kann das Ladedruckaktormodul 164 ein Signal mit dem Ziel-Tastgrad 250 an das Ladedruckregelventil 162 anlegen, um die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230 zu erreichen. Außerdem steuert das Zündungsaktormodul 126 bei 432 die Zündzeiteinstellung auf der Grundlage der Ziel-Zündzeiteinstellung 240, das Zylinderaktormodul 120 steuert die Zylinderaktivierung und -deaktivierung auf der Grundlage der Ziel-Zylinderzahl 242, und das Kraftstoffaktormodul 124 steuert die Kraftstoffbeaufschlagung auf der Grundlage der Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 244. Obwohl 4 nach 432 endend gezeigt ist, kann 4 eine Steuerschleife darstellen und können die Steuerschleifen mit einer vorgegebenen Rate ausgeführt werden.
Die vorstehende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich veranschaulichend und soll die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Beispiele umfasst, soll der wahre Umfang der Offenbarung somit nicht darauf beschränkt sein, da andere Änderungen beim Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche hervorgehen. Wie die Formulierung wenigstens eines von A, B und C hier verwendet ist, soll sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht ausschließenden logischen ODER bedeuten. Es ist zu verstehen, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in einer anderen Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
In dieser Anmeldung einschließlich in den folgenden Definitionen kann der Begriff Modul durch den Begriff Schaltung ersetzt sein. Der Begriff Modul kann sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); auf eine digitale, analoge oder gemischt analoge/digitale diskrete Schaltung; auf eine digitale, analoge oder gemischt analoge/digitale integrierte Schaltung; auf eine Kombinationslogikschaltung; auf eine frei programmierbare logische Anordnung (FPGA); auf einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der Code ausführt; auf Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der durch einen Prozessor ausgeführten Code speichert; auf andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder auf eine Kombination einiger oder aller der obigen wie etwa in einem Ein-Chip-System beziehen, ein Teil davon sein oder sie umfassen.
Der Begriff Code, wie er oben verwendet ist, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode umfassen und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff gemeinsam genutzter Prozessor umfasst einen einzelnen Prozessor, der einen Teil des Codes oder allen Code von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff Gruppenprozessor umfasst einen Prozessor, der einen Teil oder allen Code von einem oder von mehreren Modulen zusammen mit zusätzlichen Prozessoren ausführt. Der Begriff gemeinsam genutzter Speicher umfasst einen einzelnen Speicher, der einen Teil oder allen Code von mehreren Modulen speichert. Der Begriff Gruppenspeicher umfasst einen Speicher, der einen Teil oder allen Code von einem oder von mehreren Modulen zusammen mit zusätzlichen Speichern speichert. Der Begriff Speicher kann eine Teilmenge des Begriffs computerlesbares Medium sein. Der Begriff computerlesbares Medium umfasst keine vorübergehenden elektrischen und elektromagnetischen Signale, die sich durch ein Medium ausbreiten, und kann somit als konkret und nichtflüchtig angesehen werden. Nichteinschränkende Beispiele eines nicht vorübergehenden konkreten computerlesbaren Mediums umfassen nichtflüchtigen Speicher, flüchtigen Speicher, eine magnetische Ablage und eine optische Ablage.
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch eines oder mehrere Computerprogramme implementiert sein, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme umfassen durch einen Prozessor ausführbare Anweisungen, die in wenigstens einem nichtflüchtigen konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können außerdem gespeicherte Daten umfassen und/oder sich auf sie stützen.

Claims

Kraftmaschinensteuerverfahren für ein Fahrzeug, umfassend: Bestimmen vorhergesagter Drehmomente einer Kraftmaschine jeweils für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage eines Satzes möglicher Zielwerte für M künftige Zeitpunkte und eines Modells der Kraftmaschine, wobei M eine ganze Zahl größer als Eins ist; Bestimmen von Kosten für den Satz möglicher Zielwerte auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Drehmomente für die M künftigen Zeitpunkte jeweils mit den Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte; Auswählen des Satzes möglicher Zielwerte aus einer Gruppe, die den Satz möglicher Zielwerte und N andere Sätze möglicher Zielwerte umfasst, auf der Grundlage der Kosten; wobei N eine ganze Zahl größer als Null ist; Einstellen von Zielwerten auf der Grundlage des ausgewählten Satzes möglicher Zielwerte; und Steuern eines Kraftmaschinenaktors auf der Grundlage eines Ersten der Zielwerte.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bestimmen einer vorhergesagten Kraftstoffwirtschaftlichkeit der Kraftmaschine auf der Grundlage des Satzes möglicher Zielwerte und des Modells der Kraftmaschine; und Bestimmen der Kosten für den Satz möglicher Zielwerte weiter auf der Grundlage eines Vergleichs der vorhergesagten Kraftstoffwirtschaftlichkeit mit einer vorbestimmten maximalen Kraftstoffwirtschaftlichkeit.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bestimmen eines vorhergesagten Geräusch-, Vibrations- und Rauheitswerts (NVH-Werts) auf der Grundlage des Satzes möglicher Zielwerte und des Modells der Kraftmaschine; und Bestimmen der Kosten für den Satz möglicher Zielwerte weiter auf der Grundlage eines Vergleichs des vorhergesagten NVH-Werts mit einem vorbestimmten NVH-Wert.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Einstellen zumindest einer der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage eines Gangschaltens eines Getriebes umfasst.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Einstellen zumindest einer der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage einer Änderung einer Fahrpedalstellung umfasst.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Einstellen zumindest einer der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage einer Änderung einer Last an der Kraftmaschine umfasst.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Einstellen zumindest einer der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage einer Änderung eines Drehmoments eines Elektromotors umfasst.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Einstellen zumindest einer der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte umfasst, wenn ein Sport-Betriebsmodus für das Fahrzeug ausgewählt ist.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Auswählen des Satzes möglicher Zielwerte aus der Gruppe auf der Grundlage davon umfasst, dass die Kosten jeweils geringer als Kosten der N anderen Sätze möglicher Zielwerte sind.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Steuern des Öffnens eines Ladedruckregelventils eines Turboladers auf der Grundlage eines Zweiten der Zielwerte; Steuern des Öffnens eines Abgasrückführungs-Ventils (AGR-Ventils) auf der Grundlage eines Dritten der Zielwerte; Steuern der Einlassventil-Phasenlageneinstellung und der Auslassventil-Phasenlageneinstellung jeweils auf der Grundlage eines Vierten bzw. eines Fünften der Zielwerte; Steuern der Zündzeiteinstellung auf der Grundlage eines Sechsten der Zielwerte; und Steuern der Kraftstoffbeaufschlagung auf der Grundlage eines Siebten der Zielwerte, wobei der Kraftmaschinenaktor ein Drosselventil ist.