DE102015104008A1

DE102015104008A1 - Fehlerdiagnosesysteme und -verfahren für Modellvorhersagesteuerung

Info

Publication number: DE102015104008A1
Application number: DE102015104008.5A
Authority: DE
Inventors: Kevin C. Wong; Christopher E. Whitney
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: CN104948326A; CN104948326B; DE102015104008B4

Abstract

Ein Modellvorhersagesteuermodul (MPC-Modul): identifiziert Sätze möglicher Zielwerte auf der Grundlage einer Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung; bestimmt vorhergesagte Betriebsparameter jeweils für die Sätze möglicher Zielwerte; bestimmt Kostenwerte jeweils für die Sätze möglicher Zielwerte; wählt einen der Sätze möglicher Zielwerte auf der Grundlage der Kostenwerte aus; und stellt Zielwerte auf der Grundlage der möglichen Zielwerte des Ausgewählten der Sätze ein. Ein Aktormodul steuert einen Kraftmaschinenaktor auf der Grundlage von einem der Zielwerte. Ein Fehlerdiagnosemodul diagnostiziert selektiv einen Fehler in dem MPC-Modul.

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, 14/226,006, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,496, eingereicht am 26. März 2014, 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 angegebene 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 Antriebsdrehmoment erzeugt. Eine Luftströmung in die Kraftmaschine wird über eine Drossel geregelt. Genauer passt die Drossel eine Drosselfläche an, was 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. Zündzeiteinstellung und 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 nicht die Kraftmaschinen-Drehmomentsteuerung zwischen verschiedenen Vorrichtungen, die das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment beeinflussen.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Merkmal ist ein Kraftmaschinensteuersystem offenbart. Ein Modellvorhersagesteuermodul (MPC-Modul): identifiziert Sätze möglicher Zielwerte auf der Grundlage einer Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung; bestimmt vorhergesagte Betriebsparameter jeweils für die Sätze möglicher Zielwerte; bestimmt Kostenwerte jeweils für die Sätze möglicher Zielwerte; wählt einen der Sätze möglicher Zielwerte auf der Grundlage der Kostenwerte aus; und stellt Zielwerte auf der Grundlage der möglichen Zielwerte des Ausgewählten der Sätze ein. Ein Aktormodul steuert einen Kraftmaschinenaktor auf der Grundlage von einem der Zielwerte. Ein Fehlerdiagnosemodul diagnostiziert selektiv einen Fehler in dem MPC-Modul.
Gemäß weiteren Merkmalen wählt das MPC-Modul ferner jeweils einen der Sätze möglicher Zielwerte auf der Grundlage vorbestimmter Bereiche für die Zielwerte aus.
Gemäß nochmals weiteren Merkmalen diagnostiziert das Fehlerdiagnosemodul den Fehler, wenn einer der Zielwerte außerhalb seines vorbestimmten Bereiches liegt.
Gemäß abermals weiteren Merkmalen identifiziert das MPC-Modul einen Ersten der Sätze möglicher Zielwerte auf der Grundlage eines ersten Kostenwerts des Ersten der Sätze; bestimmt, ob die möglichen Zielwerte des Ersten der möglichen Sätze jeweils innerhalb der vorbestimmten Bereiche liegen; identifiziert dann, wenn einer der möglichen Zielwerte des Ausgewählten der Sätze außerhalb seines vorbestimmten Bereiches liegt, einen Zweiten der Sätze möglicher Zielwerte auf der Grundlage eines zweiten Kostenwertes des Zweiten der Sätze; und wählt dann, wenn die möglichen Zielwerte des Zweiten der Sätze jeweils innerhalb der vorbestimmten Bereiche liegen, den Zweiten der Sätze aus.
Gemäß weiteren Merkmalen diagnostiziert das Fehlerdiagnosemodul den Fehler, wenn der zweite Kostenwert des Zweiten der Sätze kleiner als der erste Kostenwert des Ersten der Sätze ist.
Gemäß nochmals weiteren Merkmalen diagnostiziert das Fehlerdiagnosemodul den Fehler in dem MPC-Modul, wenn das MPC-Modul nicht in der Lage ist, einen der Sätze möglicher Zielwerte innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums auszuwählen.
Gemäß abermals weiteren Merkmalen bestimmt das MPC-Modul ferner einen Integratorwert auf der Grundlage einer Differenz zwischen einem Ersten der vorhergesagten Betriebsparameter und einem von einem gemessenen und einem geschätzten Wert dieses Betriebsparameters.
Gemäß weiteren Merkmalen diagnostiziert das Fehlerdiagnosemodul den Fehler in dem MPC-Modul, wenn der Integratorwert größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Gemäß nochmals weiteren Merkmalen: bestimmt ein Referenzmodul Referenzwerte auf der Grundlage der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung; und steuert das Aktormodul, wenn der Fehler in dem MPC-Modul diagnostiziert wird, den Kraftmaschinenaktor auf der Grundlage von einem der Referenzwerte.
Gemäß nochmals 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; und steuert ein Phasensteller-Aktormodul auf der Grundlage eines Vierten bzw. eines Fünften der Zielwerte die Einlass-Phasenlageneinstellung und die Auslassventil-Phasenlageneinstellung, wobei das Aktormodul das Öffnen eines Drosselventils auf der Grundlage des Ersten der Zielwerte steuert.
Ein Kraftmaschinensteuerverfahren für ein Fahrzeug umfasst unter Verwendung eines Modellvorhersagesteuermoduls (MPC-Moduls): Identifizieren von Sätzen möglicher Zielwerte auf der Grundlage einer Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung; Bestimmen vorhergesagter Betriebsparameter jeweils für die Sätze möglicher Zielwerte; Bestimmen von Kostenwerten jeweils für die Sätze möglicher Zielwerte; Auswählen von einem der Sätze möglicher Zielwerte auf der Grundlage der Kostenwerte; und Einstellen von Zielwerten auf der Grundlage der möglichen Zielwerte des Ausgewählten der Sätze. Das Kraftmaschinensteuerverfahren umfasst ferner: Steuern eines Kraftmaschinenaktors auf der Grundlage von einem der Zielwerte; und selektives Diagnostizieren eines Fehlers in dem MPC-Modul.
Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner ein Auswählen von einem der jeweiligen Sätze möglicher Zielwerte weiter jeweils auf der Grundlage vorbestimmter Bereiche für die Zielwerte.
Gemäß nochmals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner ein Diagnostizieren des Fehlers, wenn einer der Zielwerte außerhalb seines vorbestimmten Bereiches liegt.
Gemäß abermals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner unter Verwendung des MPC-Moduls: Identifizieren eines Ersten der Sätze möglicher Zielwerte auf der Grundlage eines ersten Kostenwertes des Ersten der Sätze; Bestimmen ob die möglichen Zielwerte des Ersten der möglichen Sätze jeweils innerhalb der vorbestimmten Bereiche liegen; dann, wenn einer der möglichen Zielwerte des ausgewählten der Sätze außerhalb seines vorbestimmten Bereiches liegt, Identifizieren eines Zweiten der Sätze möglicher Zielwerte auf der Grundlage eines zweiten Kostenwertes des Zweiten der Sätze; und dann, wenn die möglichen Zielwerte des Zweiten der Sätze jeweils innerhalb der vorbestimmten Bereiche liegen, Auswählen des Zweiten der Sätze.
Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner ein Diagnostizieren des Fehlers, wenn der zweite Kostenwert des Zweiten der Sätze kleiner als der erste Kostenwert des Ersten der Sätze ist.
Gemäß nochmals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner ein Diagnostizieren des Fehlers in dem MPC-Modul, wenn MPC-Modul nicht in der Lage ist, einen der Sätze möglicher Zielwerte innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums auszuwählen.
Gemäß abermals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner ein Bestimmen eines Integratorwertes auf der Grundlage einer Differenz zwischen einem Ersten der vorhergesagten Betriebsparameter und einem von einem gemessenen und einem geschätzten Wert dieses Betriebsparameters.
Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner ein Diagnostizieren des Fehlers in dem MPC-Modul, wenn der Integratorwert größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Gemäß nochmals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner: Bestimmen von Referenzwerten auf der Grundlage der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung; und wenn der Fehler in dem MPC-Modul diagnostiziert wird, Steuern des Kraftmaschinenaktors auf der Grundlage von einem der Referenzwerte.
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 Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils) auf der Grundlage eines Dritten der Zielwerte; und Steuern der Einlassventil-Phasenlageneinstellung und der Auslassventil-Phasenlageneinstellung jeweils auf der Grundlage eines Vierten bzw. eines Fünften der Zielwerte, wobei der Kraftmaschinenaktor ein Drosselventil ist.
Weitere Anwendbarkeitsbereiche der vorliegenden Offenbarung werden aus der ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und 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;
4 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines Drosselventils, einer Einlassventil- und einer Auslassventil-Phasenlageneinstellung, eines Ladedruckregelventils und eines Abgasrückführungs-Ventils (AGR-Ventils) unter Verwendung von Modellvorhersagesteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
5 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Diagnostizieren von Fehlern in einem Modellvorhersagesteuermodul gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
6 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Testen eines Modellvorhersagesteuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
In den Zeichnungen können Bezugszeichen wiederverwendet werden, um ähnliche und/oder identische 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 könnte die Zielwerte unter Verwendung mehrerer Einzeleingabe-Einzelausgabe-Controller (SISO-Controller) wie etwa Proportional-Integral-Differential-Regler bzw. -Controller (PID-Regler/-Controller) 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 auf der Grundlage einer Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung. Das MPC-Modul kann auf der Grundlage der Zielwerte der möglichen Sätze und eines mathematischen Modells der Kraftmaschine für jeden der möglichen Sätze vorhergesagte Parameter bestimmen.
Das MPC-Modul kann auch der Verwendung von jedem der möglichen Sätze zugeordnete Kosten bestimmen. Die für einen möglichen Satz bestimmten Kosten nehmen jeweils zu, während die Differenzen zwischen den Zielwerten des möglichen Satzes und dem Referenzwert zunehmen, und umgekehrt. 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. Das ECM der vorliegende Offenbarung diagnostiziert Fehler in dem MPC-Modul. Es kann eine oder es können mehrere Abhilfemaßnahmen ergriffen werden, wenn ein Fehler in dem MPC-Modul vorhanden ist.
Nun unter Bezugnahme auf in 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 ein Drosselventil 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. 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 relativ 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 in Beziehung steht, 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, wodurch 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 die Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich das Einlassventil 122) für den Zylinder 118 steuern und/oder können die Einlassventile (einschließlich das Einlassventil 122) mehrerer Bänke von Zylindern (einschließlich den Zylinder 118) steuern. Ähnlich können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich die Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 steuern und/oder können sie Auslassventile (einschließlich das Auslassventil 130) für mehrere Bänke von Zylindern (einschließlich den Zylinder 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 ein Kaltluftverdichterrad 160-2, das durch das Turbinenrad 160-1 angetrieben wird. Das Verdichterrad 160-2 verdichtet Luft, die in das Drosselventil 112 gelangt. 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 werden.
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 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 auch das Drosselventil 112 umfasst.
Das Drosselaktormodul 116 kann unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (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 Verdichterrad-Auslassdrucksensor 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 einstellen, 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 von Modellvorhersagesteuerung.
Nun unter Bezugnahme auf 2 ist ein Funktionsblockschaltbild eines beispielhaften Kraftmaschinensteuersystems dargestellt. Eine beispielhafte Implementierung des ECM 114 umfasst ein Fahrerdrehmomentmodul 202, ein Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 204 und ein Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206. Das ECM 114 kann ein Hybridoptimierungsmodul 208 umfassen. Außerdem umfasst das ECM 114 ein Reserven/Lasten-Modul 220, ein Drehmomentanforderungsmodul 224, ein Luftsteuermodul 228, ein Zündungssteuermodul 232, ein Zylindersteuermodul 236 und ein Kraftstoffsteuermodul 240.
Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann auf der Grundlage einer Fahrereingabe 255 von dem Fahrereingabemodul 104 eine Fahrerdrehmomentanforderung 254 bestimmen. Die Fahrereingabe 255 kann z. B. auf einer Position eines Fahrpedals und auf einer Position eines Bremspedals beruhen. Außerdem kann die Fahrereingabe 255 auf Fahrtregelung beruhen, die eine adaptive Geschwindigkeitsregelanlage sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um einen vorgegebenen Folgeabstand einzuhalten. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine oder mehrere Kennlinien von Fahrpedalposition zu Zieldrehmoment speichern und kann auf der Grundlage einer Ausgewählten der Kennlinien die Fahrerdrehmomentanforderung 254 bestimmen.
Ein Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 204 arbitriert zwischen der Fahrerdrehmomentanforderung 254 und anderen Achsdrehmomentanforderungen 256. Achsdrehmoment (Drehmoment an den Rädern) kann durch verschiedene Quellen einschließlich einer Kraftmaschine und/oder eines Elektromotors erzeugt werden. Zum Beispiel können die Achsdrehmomentanforderungen 256 eine Drehmomentverringerung umfassen, die durch ein Traktionssteuersystem angefordert wird, wenn ein positiver Radschlupf detektiert wird. Positiver Radschlupf tritt auf, wenn Achsdrehmoment Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche überwindet und die Räder gegenüber der Straßenoberfläche zu rutschen beginnen. Außerdem können die Achsdrehmomentanforderungen 256 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 256 Bremsmanagementanforderungen und Fahrzeugübergeschwindigkeits-Drehmomentanforderungen umfassen. Bremsmanagementanforderungen können das Achsdrehmoment verringern, um sicherzustellen, dass das Achsdrehmoment die Fähigkeit der Bremsen, das Fahrzeug zu halten, wenn das Fahrzeug angehalten wird, nicht übersteigt. Fahrzeugübergeschwindigkeits-Drehmomentanforderungen können das Achsdrehmoment verringern, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorgegebene Geschwindigkeit übersteigt. Die Achsdrehmomentanforderungen 256 können ebenfalls durch Fahrzeugstabilitätssteuersysteme erzeugt werden.
Das Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 204 gibt auf der Grundlage der Ergebnisse der Arbitrierung zwischen den empfangenen Drehmomentanforderungen 254 und 256 eine vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 und eine Sofort-Drehmomentanforderung 258 aus. Wie im Folgenden beschrieben wird, können die vorhergesagte Drehmomentanforderung und die Sofort-Drehmomentanforderung 257 und 258 von dem Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 204 wahlweise durch andere Module des ECM 114 angepasst werden, bevor sie zum Steuern der Kraftmaschinenaktoren verwendet werden.
Allgemein gesagt kann die Sofort-Drehmomentanforderung 258 ein Betrag des gegenwärtig gewünschten Achsdrehmoments sein, während die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 ein Betrag des Achsdrehmoments sein kann, der kurzfristig notwendig sein kann. Das ECM 114 steuert das Kraftmaschinensystem 100, um ein Achsdrehmoment gleich der Sofort-Drehmomentanforderung 258 zu erzeugen. Allerdings können verschiedene Kombinationen von Zielwerten zu dem gleichen Achsdrehmoment führen. Somit kann das ECM 114 die Zielwerte so anpassen, dass ein schnellerer Übergang zu der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 ermöglicht wird, während das Achsdrehmoment weiterhin bei der Sofort-Drehmomentanforderung 258 gehalten wird.
In verschiedenen Implementierungen kann die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 auf der Grundlage der Fahrerdrehmomentanforderung 254 eingestellt werden. Unter bestimmten Umständen, wie etwa wenn die Fahrerdrehmomentanforderung 254 auf einer vereisten Oberfläche Radschlupf verursacht, kann die Sofort-Drehmomentanforderung 258 auf weniger als die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 eingestellt werden. In einem solchen Fall kann ein Traktionssteuersystem (nicht gezeigt) über die Sofort-Drehmomentanforderung 258 eine Verringerung anfordern, und das ECM 114 verringert die Kraftmaschinen-Drehmomentausgabe auf die Sofort-Drehmomentausgabe 258. Allerdings führt das ECM 114 die Verringerung so aus, dass das Kraftmaschinensystem 100 die Erzeugung der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 schnell wieder aufnehmen kann, sobald der Radschlupf aufhört.
Allgemein gesagt kann die Differenz zwischen der Sofort-Drehmomentanforderung 258 und der (allgemein höheren) vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 als eine Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die Drehmomentreserve kann den Betrag an zusätzlichem Drehmoment (über der Sofort-Drehmomentanforderung 258) repräsentieren, den das Kraftmaschinensystem 100 mit minimaler Verzögerung zu erzeugen beginnen kann. Um das aktuelle Achsdrehmoment mit minimaler Verzögerung zu erhöhen oder zu verringern, werden schnelle Kraftmaschinenaktoren verwendet. Schnelle Kraftmaschinenaktoren sind im Gegensatz zu langsamen Kraftmaschinenaktoren definiert.
Allgemein gesagt können schnelle Kraftmaschinenaktoren das Achsdrehmoment schneller als langsame Kraftmaschinenaktoren ändern. Langsame Aktoren können auf Änderungen ihrer jeweiligen Zielwerte langsamer als schnelle Aktoren ansprechen. Ein langsamer Aktor kann z. B. mechanische Komponenten umfassen, die mehr Zeit erfordern, um sich in Ansprechen auf eine Änderung eines Zielwerts von einer Position zu einer anderen zu bewegen. Außerdem kann ein langsamer Aktor durch die Zeitdauer charakterisiert werden, die es dauert, damit sich das Achsdrehmoment zu ändern beginnt, sobald der langsame Aktor den geänderten Zielwert zu implementieren beginnt. Allgemein ist diese Zeitdauer für langsame Aktoren länger als für schnelle Aktoren. Außerdem kann es, selbst nachdem es begonnen hat sich zu ändern, länger dauern, bis das Achsdrehmoment auf eine Änderung eines langsamen Aktors vollständig anspricht.
Nur beispielhaft kann das Zündungsaktormodul 126 ein schneller Aktor sein. Fremdzündungskraftmaschinen können Kraftstoffe einschließlich z. B. Benzin und Ethanol durch Anwenden eines Zündfunkens verbrennen. Im Gegensatz dazu kann das Drosselaktormodul 116 ein langsamer Aktor sein.
Zum Beispiel kann das Zündungsaktormodul 126, wie oben beschrieben ist, die Zündzeiteinstellung für ein nächstes Zündereignis variieren, wenn die Zündzeiteinstellung zwischen einem letzten Zündereignis und dem nächsten Zündereignis geändert wird. Im Gegensatz dauert es länger, bis Änderungen der Drosselöffnung das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment beeinflussen. Das Drosselaktormodul 116 ändert die Drosselöffnung dadurch, dass es den Winkel der Klappe des Drosselventils 112 einstellt. Somit gibt es eine mechanische Verzögerung, während sich das Drosselventil 112 in Ansprechen auf die Änderung aus ihrer vorhergehenden Position in eine neue Position bewegt, wenn der Zielwert zum Öffnen des Drosselventils 112 geändert wird. Außerdem unterliegen Luftströmungsänderungen auf der Grundlage der Drosselöffnung Lufttransportverzögerungen in dem Einlasskrümmer 110. Ferner wird eine erhöhte Luftströmung in dem Einlasskrümmer 110 nicht als eine Erhöhung des Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoments verwirklicht, bis der Zylinder 118 in dem nächsten Einlasstakt zusätzliche Luft empfängt, die zusätzliche Luft verdichtet und mit dem Arbeitstakt beginnt.
Unter Verwendung dieser Aktoren als ein Beispiel kann dadurch, dass die Drosselöffnung auf einen Wert eingestellt wird, der ermöglichen würde, dass die Kraftmaschine 102 die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 erzeugt, eine Drehmomentreserve geschaffen werden. Währenddessen kann die Zündzeiteinstellung auf der Grundlage der Sofort-Drehmomentanforderung 258 eingestellt werden, die kleiner als die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 ist. Obwohl die Drosselöffnung ausreichend Luftströmung erzeugt, damit die Kraftmaschine 102 die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 erzeugt, wird die Zündzeiteinstellung auf der Grundlage der Sofort-Drehmomentanforderung 258 nach spät verstellt (was Drehmoment verringert). Somit wird das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment gleich der Sofort-Drehmomentanforderung 258.
Wenn zusätzliches Drehmoment notwendig ist, kann die Zündzeiteinstellung auf der Grundlage der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 oder eines Drehmoments zwischen der vorhergesagten Drehmomentanforderung und der Sofort-Drehmomentanforderung 257 und 258 eingestellt werden. Durch das folgende Zündereignis kann das Zündungsaktormodul 126 die Zündzeiteinstellung auf einen Optimalwert zurückstellen, der ermöglicht, dass die Kraftmaschine 102 das volle Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment erzeugt, das erreichbar ist, wenn die Luftströmung bereits vorhanden ist. Somit kann das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment schnell auf die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 erhöht werden, ohne dass Verzögerungen vom Ändern der Drosselöffnung erfahren werden.
Das Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 204 kann die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 und die Sofort-Drehmomentanforderung 258 an ein Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 ausgeben. In verschiedenen Implementierungen kann das Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 204 die vorhergesagte Drehmomentanforderung und die Sofort-Drehmomentanforderung 257 und 258 an das Hybridoptimierungsmodul 208 ausgeben.
Das Hybridoptimierungsmodul 208 kann bestimmen, wie viel Drehmoment durch die Kraftmaschine 102 erzeugt werden sollte und wie viel Drehmoment durch den Elektromotor 198 erzeugt werden sollte. Daraufhin gibt das Hybridoptimierungsmodul 208 die geänderte vorhergesagte Drehmomentanforderung und die geänderte Sofort-Drehmomentanforderung 259 bzw. 260 an das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 aus. In verschiedenen Implementierungen kann das Hybridoptimierungsmodul 208 in dem Hybridsteuermodul 196 implementiert sein.
Die vorhergesagte Drehmomentanforderung und die Sofort-Drehmomentanforderung, die durch das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 empfangen werden, werden aus einem Achsdrehmomentgebiet (Drehmoment an den Rädern) in ein Vortriebsdrehmomentgebiet (Drehmoment an der Kurbelwelle) umgesetzt. Diese Umsetzung kann vor dem, nach dem, als Teil von dem oder anstelle von dem Hybridoptimierungsmodul 208 stattfinden.
Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 arbitriert zwischen Vortriebsdrehmomentanforderungen 290, die die umgesetzten vorhergesagten Drehmomentanforderungen und Sofort-Drehmomentanforderungen umfassen. Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 erzeugt eine arbitrierte vorhergesagte Drehmomentanforderung 261 und eine arbitrierte Sofort-Drehmomentanforderung 262. Die arbitrierten Drehmomentanforderungen 261 und 262 können dadurch erzeugt werden, dass unter den empfangenen Drehmomentanforderungen eine siegreiche Anforderung ausgewählt wird. Alternativ oder zusätzlich können die arbitrierten Drehmomentanforderungen dadurch erzeugt werden, dass eine der empfangenen Anforderungen auf der Grundlage einer oder mehrerer anderer der empfangenen Drehmomentanforderungen geändert wird.
Die Vortriebsdrehmomentanforderungen 290 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 290 aus einer Kupplungskraftstoffabschaltung ergeben, die das Kraftstoffausgangsdrehmoment verringert, wenn der Fahrer in einem Handschaltgetriebefahrzeug das Kupplungspedal niederdrückt, um ein Hochdrehen der Kraftmaschinendrehzahl zu verhindern.
Außerdem können die Vortriebsdrehmomentanforderungen 290 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 Drosselsteuerung 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 206 als die arbitrierte vorhergesagte Drehmomentanforderung und als die arbitrierte Sofort-Drehmomentanforderung 261 und 262 Null ausgeben.
In verschiedenen Implementierungen kann eine Kraftmaschinenabschaltanforderung die Kraftmaschine 102 einfach getrennt von dem Arbitrierungsprozess abschalten. Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 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.
Das Reserven/Lasten-Modul 220 empfängt die arbitrierte vorhergesagte Drehmomentanforderung und die arbitrierte Sofort-Drehmomentanforderung 261 und 262. Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann die arbitrierte vorhergesagte Drehmomentanforderung und die arbitrierte Sofort-Drehmomentanforderung 261 und 262 so anpassen, dass eine Drehmomentreserve geschaffen wird und/oder dass eine oder mehrere Lasten kompensiert werden. Daraufhin gibt das Reserven/Lasten-Modul 220 die angepasste vorhergesagte Drehmomentanforderung und die angepasste Sofort-Drehmomentanforderung 263 und 264 an das Drehmomentanforderungsmodul 224 aus.
Nur beispielhaft kann ein Katalysatoranspringprozess oder ein Kaltstartemissions-Verringerungsprozess eine nach spät verstellte Zündzeiteinstellung erfordern. Somit kann das Reserven/Lasten-Modul 220 die angepasste vorhergesagte Drehmomentanforderung 263 über die angepasste Sofort-Drehmomentanforderung 264 erhöhen, um für den Kaltstartemissions-Verringerungsprozess einen nach spät verstellten Zündfunken zu schaffen. In einem anderen Beispiel können das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine und/oder die Luftmassenströmung wie etwa durch intrusive Diagnoseäquivalenzverhältnistests und/oder durch neues Spülen der Kraftmaschine direkt variiert werden. Bevor diese Prozesse begonnen werden, kann eine Drehmomentreserve erzeugt oder erhöht werden, um Verringerungen des Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoments, die sich aus dem Abmagern des Luft/Kraftstoff-Gemischs während dieser Prozesse ergeben, schnell auszugleichen.
Außerdem kann das Reserven/Lasten-Modul 220 eine Drehmomentreserve in Erwartung einer künftigen Last wie etwa eines Servolenkungspumpenbetriebs oder des Einrückens einer Klimaanlagen-Kompressorkupplung (A/C-Kompressorkupplung) erzeugen oder erhöhen. Die Reserve für das Einrücken der A/C-Kompressorkupplung kann geschaffen werden, wenn der Fahrer erstmals Klimatisierung anfordert. Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann die angepasste vorhergesagte Drehmomentanforderung 263 erhöhen, während es die angepasste Sofort-Drehmomentanforderung 264 ungeändert lässt, um die Drehmomentreserve zu erzeugen. Wenn die A/C-Kompressorkupplung daraufhin eingerückt wird, kann das Reserven/Lasten-Modul 220 die angepasste Sofort-Drehmomentanforderung 264 um die geschätzte Last der A/C-Kompressorkupplung erhöhen.
Das Drehmomentanforderungsmodul 224 empfängt die angepasste vorhergesagte Drehmomentanforderung und die angepasste Sofort-Drehmomentanforderung 263 und 264. Das Drehmomentanforderungsmodul 224 bestimmt, wie die angepasste vorhergesagte Drehmomentanforderung und die angepasste Sofort-Drehmomentanforderung 263 und 264 erreicht werden. Das Drehmomentanforderungsmodul 224 kann kraftmaschinentypspezifisch sein. Zum Beispiel kann das Drehmomentanforderungsmodul 224 für Fremdzündungskraftmaschinen gegenüber Selbstzündungskraftmaschinen anders implementiert sein oder andere Steuerschemata verwenden.
In verschiedenen Implementierungen kann das Drehmomentanforderungsmodul 224 zwischen Modulen, die über alle Kraftmaschinentypen gemeinsam sind, und Modulen, die kraftmaschinentypspezifisch sind, eine Begrenzung definieren. Kraftmaschinentypen können z. B. Fremdzündung und Selbstzündung umfassen. Module vor dem Drehmomentanforderungsmodul 224 wie etwa das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 können zwischen den Kraftmaschinentypen gemeinsam sein, während das Drehmomentanforderungsmodul 224 und nachfolgende Module kraftmaschinentypspezifisch sein können.
Das Drehmomentanforderungsmodul 224 bestimmt auf der Grundlage der angepassten vorhergesagten Drehmomentanforderung und der angepassten Sofort-Drehmomentanforderung 263 und 264 eine Luftdrehmomentanforderung 265. Die Luftdrehmomentanforderung 265 kann ein Bremsdrehmoment sein. Bremsdrehmoment kann sich auf ein Drehmoment an der Kurbelwelle unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen beziehen.
Auf der Grundlage der Luftdrehmomentanforderung 265 werden Zielwerte für Luftströmungssteuerungs-Kraftmaschinenaktoren bestimmt. Genauer bestimmt das Luftsteuermodul 228 auf der Grundlage der Luftdrehmomentanforderung 265 eine Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266, eine Ziel-Drosselöffnungsfläche 267, eine Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268, einen Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und einen Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270. Wie im Folgenden diskutiert wird, bestimmt das Luftsteuermodul 228 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266, die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267, die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268, den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 unter Verwendung von Modellvorhersagesteuerung.
Das Ladedruckaktormodul 164 steuert das Ladedruckregelventil 162, um die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 zu erreichen. Zum Beispiel kann ein erstes Umsetzungsmodul 272 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 in einen Ziel-Tastgrad 274 umsetzen, der an das Ladedruckregelventil 162 angelegt werden soll, und kann das Ladedruckaktormodul 164 auf der Grundlage des Ziel-Tastgrads 274 ein Signal an das Ladedruckregelventil 162 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das erste Umsetzungsmodul 272 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 in eine Ziel-Ladedruckregelventil-Position (nicht gezeigt) umsetzen und die Ziel-Ladedruckregelventil-Position in den Ziel-Tastgrad 274 umsetzen.
Das Drosselaktormodul 116 steuert das Drosselventil 112, um die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 zu erreichen. Zum Beispiel kann ein zweites Umsetzungsmodul 276 die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 in einen Ziel-Tastgrad 278 umsetzen, der an das Drosselventil 112 angelegt werden soll, und kann das Drosselaktormodul 116 auf der Grundlage des Ziel-Tastgrads 278 ein Signal an das Drosselventil 112 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das zweite Umsetzungsmodul 276 die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 in eine Ziel-Drosselposition (nicht gezeigt) umsetzen und die Ziel-Drosselposition in den Ziel-Tastgrad 278 umsetzen.
Das AGR-Aktormodul 172 steuert das AGR-Ventil 170, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 zu erreichen. Zum Beispiel kann ein drittes Umsetzungsmodul 280 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 in einen Ziel-Tastgrad 282 umsetzen, der an das AGR-Ventil 170 angelegt werden soll, und kann das AGR-Aktormodul 172 auf der Grundlage des Ziel-Tastgrads 282 ein Signal an das AGR-Ventil 170 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das dritte Umsetzungsmodul 280 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 in eine Ziel-AGR-Position (nicht gezeigt) umsetzen und die Ziel-AGR-Position in den Ziel-Tastgrad 282 umsetzen.
Das Phasensteller-Aktormodul 158 steuert den Einlassnocken-Phasensteller 148, um den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 zu erreichen. Außerdem steuert das Phasensteller-Aktormodul 158 den Auslassnocken-Phasensteller 150, um den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 zu erreichen. In verschiedenen Implementierungen kann ein viertes Umsetzungsmodul (nicht gezeigt) enthalten sein und jeweils den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel in einen Ziel-Einlasstastgrad bzw. in einen Ziel-Auslasstastgrad umsetzen. Das Phasensteller-Aktormodul 158 kann den Ziel-Einlasstastgrad und den Ziel-Auslasstastgrad jeweils an den Einlassnocken-Phasensteller und an den Auslassnocken-Phasensteller 148 bzw. 150 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das Luftsteuermodul 228 einen Ziel-Überlappungsfaktor und einen effektiven Zielhubraum bestimmen und kann das Phasensteller-Aktormodul 158 den Einlassnocken-Phasensteller und den Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150 steuern, um den Ziel-Überlappungsfaktor und den effektiven Zielhubraum zu erreichen.
Außerdem kann das Drehmomentanforderungsmodul 224 auf der Grundlage der vorhergesagten Drehmomentanforderung und der Sofort-Drehmomentanforderung 263 und 264 eine Zündfunken-Drehmomentanforderung 283, eine Zylinderabschaltungs-Drehmomentanforderung 284 und eine Kraftstoff-Drehmomentanforderung 285 erzeugen. Das Zündungssteuermodul 232 kann auf der Grundlage der Zündfunken-Drehmomentanforderung 283 bestimmen, wie viel die Zündzeiteinstellung von einer optimalen Zündzeiteinstellung nach spät verstellt werden soll (was Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment verringert). Nur beispielhaft kann eine Drehmomentbeziehung umgekehrt werden, um sie nach einer Ziel-Zündzeiteinstellung 286 aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (T_Req) kann die Ziel-Zündzeiteinstellung (S_T) 286 auf folgender Grundlage bestimmt werden: S_T = f^–1(T_Reg, APC, I, E, AF, OT, #), (1) wobei APC eine APC ist, 1 ein Einlassventil-Phasenlageneinstellungswert ist, E ein Auslassventil-Phasenlageneinstellungswert ist, AF ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, OT eine Öltemperatur ist, und # eine Zahl aktivierter Zylinder ist. Diese Beziehung kann als eine Gleichung und/oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert sein. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AF) kann das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis sein, wie es durch das Kraftstoffsteuermodul 240 berichtet wird.
Wenn die Zündzeiteinstellung auf die optimale Zündzeiteinstellung eingestellt wird, kann das resultierende Drehmoment so nahe wie möglich bei einer minimalen Zündfunkenverstellung nach früh für bestes Drehmoment (MBT-Zündzeiteinstellung) sein. Bestes Drehmoment bezieht sich auf das maximale Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment, das für eine gegebene Luftströmung erzeugt wird, während die Zündzeiteinstellung nach früh verstellt ist, während Kraftstoff, der eine höhere Oktanzahl als eine vorgegebene Oktanzahl aufweist, verwendet wird und stöchiometrische Kraftstoffbeaufschlagung verwendet wird. Diejenige Zündzeiteinstellung, bei der dieses Beste auftritt, wird als eine MBT-Zündzeiteinstellung bezeichnet. Zum Beispiel wegen der Kraftstoffqualität (wie etwa, wenn Kraftstoff mit einer niedrigeren Oktanzahl verwendet wird) und Umgebungsfaktoren wie etwa der Umgebungsfeuchtigkeit und Umgebungstemperatur kann sich die optimale Zündzeiteinstellung geringfügig von der MBT-Zündzeiteinstellung unterscheiden. Somit kann das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment bei der optimalen Zündzeiteinstellung kleiner als MBT sein. Nur beispielhaft kann eine Tabelle optimaler Zündzeiteinstellungen, die verschiedenen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen entsprechen, während einer Kalibrierungsphase des Fahrzeugentwurfs bestimmt werden, wobei der Optimalwert aus einer Tabelle bestimmt wird, die auf den gegenwärtigen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen beruht.
Die Zylinderabschaltungs-Drehmomentanforderung 284 kann durch das Zylindersteuermodul 236 verwendet werden, um eine Zielanzahl zu deaktivierender Zylinder 287 zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen kann eine Zielanzahl zu aktivierender Zylinder verwendet werden. Das Zylinderaktormodul 120 aktiviert und deaktiviert wahlweise auf der Grundlage der Zielanzahl 287 die Ventile von Zylindern.
Außerdem kann das Zylindersteuermodul 236 das Kraftstoffsteuermodul 240 anweisen, das Bereitstellen von Kraftstoff für deaktivierte Zylinder anzuhalten, und das Zündungssteuermodul 232 anweisen, das Bereitstellen eines Zündfunkens für deaktivierte Zylinder anzuhalten. Das Zündungssteuermodul 232 kann das Bereitstellen eines Zündfunkens für einen Zylinder anhalten, sobald ein Kraftstoff/Luft-Gemisch, das bereits in dem Zylinder vorhanden ist, verbrannt worden ist.
Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann auf der Grundlage der Kraftstoff-Drehmomentanforderung 285 die Menge Kraftstoff variieren, die für jeden Zylinder bereitgestellt wird. Genauer kann das Kraftstoffsteuermodul 240 auf der Grundlage der Kraftstoff-Drehmomentanforderung 285 Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 288 erzeugen. Die Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 288 können z. B. eine Zielmasse des Kraftstoffs, eine Ziel-Einspritzanfangszeiteinstellung und eine Zielanzahl der Kraftstoffeinspritzungen umfassen.
Während des Normalbetriebs kann das Kraftstoffsteuermodul 240 in einer Luftführungsbetriebsart arbeiten, in der das Kraftstoffsteuermodul 240 ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrechtzuerhalten versucht, indem es die Kraftstoffbeaufschlagung auf der Grundlage der Luftströmung steuert. Zum Beispiel kann das Kraftstoffsteuermodul 240 eine Ziel-Kraftstoffmasse bestimmen, die eine stöchiometrische Verbrennung liefern wird, wenn sie mit einer vorliegenden Masse der Luft pro Zylinder (APC) kombiniert wird.
3 ist ein Funktionsblockschaltbild einer beispielhaften Implementierung des Luftsteuermoduls 228. Nun unter Bezugnahme auf die 2 und 3 kann die Luftdrehmomentanforderung 265 wie oben diskutiert ein Bremsdrehmoment sein. Ein Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 setzt die Luftdrehmomentanforderung 265 von Bremsdrehmoment in Basisdrehmoment um. Die Drehmomentanforderung, die sich aus der Umsetzung in das Basisdrehmoment ergibt, wird als eine Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 bezeichnet.
Basisdrehmomente können sich auf 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 Luftdrehmomentanforderung 265 z. B. unter Verwendung einer Kennlinie oder einer Funktion, die Bremsdrehmomente mit Basisdrehmomenten in Beziehung setzt, in die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 umsetzen. In verschiedenen Implementierungen kann das Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 die Luftdrehmomentanforderung 265 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 312 erzeugt unter Verwendung von MPC (Modellvorhersagesteuerung) die Zielwerte 266–270. 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 266–270, die während N künftiger Steuerschleifen zusammen verwendet werden könnten. Jede der möglichen durch das Sequenzbestimmungsmodul 316 identifizierten Sequenzen enthält für jeden der Zielwerte 266–270 eine Sequenz von N Werten. Mit anderen Worten umfasst jede mögliche Sequenz eine Sequenz von N Werten für die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266, 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-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269, und eine Sequenz von N Werten für den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270. 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 266–270. Genauer erzeugt das Vorhersagemodul 323 auf der Grundlage einer möglichen Sequenz von Zielwerten 266–270, der exogenen Eingaben 328 und der Rückkopplungseingänge 330 unter Verwendung des Modells 324 eine Sequenz von vorhergesagten Drehmomenten der Kraftmaschine 102 für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von vorhergesagten APCs für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von vorhergesagten Beträgen externer Verdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von vorhergesagten Beträgen von Restverdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von vorhergesagten Verbrennungsphasenlageneinstellungswerten für die N Steuerschleifen, und eine Sequenz von vorhergesagten Verbrennungsqualitätswerten für die N Steuerschleifen. Obwohl ein Beispiel für das Erzeugen des vorhergesagten Drehmoments, der vorhergesagten APC, der vorhergesagten externen Verdünnung, der vorhergesagten Restverdünnung, der vorhergesagten Verbrennungsphasenlageneinstellung und der vorhergesagten Verbrennungsqualität beschrieben ist, können die vorhergesagten Parameter einen oder mehrere andere vorhergesagte Kraftmaschinenbetriebsparameter umfassen.
Das Modell 324 kann z. B. eine auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibrierte Funktion oder Kennlinie umfassen. Verdünnung kann sich auf eine Menge Abgas von einem früheren Verbrennungsereignis beziehen, das für ein Verbrennungsereignis innerhalb eines Zylinders eingeschlossen ist. externe Verdünnung kann sich auf Abgas beziehen, das über das AGR-Ventil 170 für ein Verbrennungsereignis bereitgestellt wird. Restverdünnung kann sich auf Abgas, das in einem Zylinder verbleibt, und/oder auf Abgas, das nach dem Ausstoßtakt eines Verbrennungszyklus in den Zylinder zurückgeschoben wird, beziehen. Außerdem kann sich die Restverdünnung auf eine interne Verdünnung beziehen.
Die Verbrennungsphasenlageneinstellung kann sich auf eine Kurbelwellenposition, bei der eine vorgegebene Menge eingespritzten Kraftstoffs innerhalb eines Zylinders verbrannt ist, relativ zu einer vorgegebenen Kurbelwellenposition für die Verbrennung der vorgegebenen Menge eingespritzten Kraftstoffs beziehen. Zum Beispiel kann die Verbrennungsphasenlageneinstellung hinsichtlich CA50 relativ zu einem vorgegebenen CA50 ausgedrückt werden. CA50 kann sich auf einen Kurbelwellenwinkel (CA) beziehen, bei dem 50 Prozent einer Masse eingespritzten Kraftstoffs innerhalb eines Zylinders verbrannt worden sind. Das vorbestimmte CA50 kann einem CA50 entsprechen, bei dem aus dem eingespritzten Kraftstoff eine maximale Menge Arbeit erzeugt wird, und kann in verschiedenen Implementierungen näherungsweise 8,5 – näherungsweise 10 Grad nach dem TDC (oberen Totpunkt) – sein. Obwohl die Verbrennungsphasenlageneinstellung hinsichtlich CA50-Werten besprochen wird, kann irgendein geeigneter Parameter verwendet werden, der die Verbrennungsphasenlageneinstellung angibt. Obwohl die Verbrennungsqualität als Variationskoeffizient (COV) indizierter mittlerer Druckwerte (IMEP-Werte) besprochen wird, kann außerdem ein anderer geeigneter Parameter verwendet werden, der die Verbrennungsqualität angibt.
Die exogenen Eingaben 328 können Parameter umfassen, die nicht direkt von dem Drosselventil 112, von dem AGR-Ventil 170, von dem Turbolader, von dem Einlassnocken-Phasensteller 148 und von dem Auslassnocken-Phasensteller 150 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 k eine gegenwärtige Steuerschleife ist, 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 gegenwärtige 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 gegenwärtige Steuerschleife ist, y(k) ein Vektor ist, der die vorhergesagten Parameter für die gegenwärtige Steuerschleife umfasst, und C eine Matrix ist, die konstante Werte umfasst, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind. Der während der gegenwärtigen Steuerschleife bestimmte Vektor x(k + 1) wird während der nächsten Steuerschleife als der Vektor x(k) verwendet. Somit könnten die Beziehungen umgeschrieben werden als: x(k) = Ax(k – 1) + Bu(k – 1); und y(k) = Cx(k), wobei k eine gegenwärtige Steuerschleife ist, x(k – 1) ein Vektor mit Einträgen ist, die Zustände der Kraftmaschine 102 für eine 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 gegenwärtige 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 ist.
Es wird nun beschrieben, wie die Komponenten der obigen Beziehungen für das Beispiel der vorhergesagten Parameter einschließlich des vorhergesagten Drehmoments, der vorhergesagten APC, der vorhergesagten externen Verdünnung, der vorhergesagten Restverdünnung, der vorhergesagten Verbrennungsphasenlageneinstellung und der vorhergesagten Verbrennungsqualität umgeschrieben werden können. 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, x3(k + 1) ein dritter Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die nächste Steuerschleife ist, x4(k + 1) ein vierter Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die nächste Steuerschleife ist, x5(k + 1) ein fünfter Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die nächste Steuerschleife ist, und x6(k + 1) ein sechster Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die nächste Steuerschleife ist.
Die Matrix A kann umgeschrieben werden als:
wobei a11–a66 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 gegenwärtige Steuerschleife ist, x2(k) der zweite Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die gegenwärtige Steuerschleife ist, x3(k) der dritte Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die gegenwärtige Steuerschleife ist, x4(k) der vierte Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die gegenwärtige Steuerschleife ist, x5(k) der fünfte Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die gegenwärtige Steuerschleife ist, und x6(k) der sechste Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die gegenwärtige Steuerschleife ist. Die Einträge des Vektors x(k) sind die während der vorhergehenden Steuerschleife berechneten Einträge des Vektors x(k + 1). Die während der aktuellen Steuerschleife berechneten Einträge des Vektors x(k + 1) werden während der nächsten Steuerschleife als die Einträge des Vektors x(k) verwendet.
Die Matrix B kann umgeschrieben werden als:
wobei b11–b65 konstante Werte sind, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind.
Der Vektor u(k) kann umgeschrieben werden als:
wobei PTT eine mögliche Ziel-Drosselöffnung einer möglichen Sequenz für die gegenwärtige Steuerschleife ist, PTWG eine mögliche Ziel-Ladedruckregelventilöffnung der möglichen Sequenz für die gegenwärtige Steuerschleife ist, PTEGR eine mögliche Ziel-AGR-Öffnung der möglichen Sequenz für die gegenwärtige Steuerschleife ist, PTICP ein möglicher Ziel-Einlassnocken-Phasenlageneinstellwert der möglichen Sequenz für die gegenwärtige Steuerschleife ist, und PTECP ein möglicher Ziel-Auslassnocken-Phasenlageneinstellwert der möglichen Sequenz für die gegenwärtige Steuerschleife ist.
Der Vektor y(k) kann umgeschrieben werden als:
wobei PT ein vorhergesagtes Drehmoment der Kraftmaschine 102 für die gegenwärtige Steuerschleife ist, PAPC ein vorhergesagtes APC der Kraftmaschine 102 für die gegenwärtige Steuerschleife ist, PED ein vorhergesagter Betrag externer Verdünnung für die gegenwärtige Steuerschleife ist, PRD ein vorhergesagter Betrag an Restverdünnung für die gegenwärtige Steuerschleife ist, PCP eine vorhergesagte Verbrennungsphasenlageneinstellung für die gegenwärtige Steuerschleife ist, und PCQ eine vorhergesagte Verbrennungsqualität für die gegenwärtige Steuerschleife ist.
Die Matrix C kann umgeschrieben werden als:
wobei c11–c66 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.
Somit können die obigen Beziehungen für das Beispiel der vorhergesagten Parameter, die das vorhergesagte Drehmoment, die vorhergesagte APC, die vorhergesagte externe Verdünnung, die vorhergesagte Restverdünnung, die vorhergesagte Verbrennungsphasenlageneinstellung und die vorhergesagte Verbrennungsqualität umfassen, umgeschrieben werden als:
Das Vorhersagemodul 323 kann auch einen oder mehrere der vorhergesagten Parameter jeweils auf der Grundlage von Differenzen zwischen den vorhergesagten Parametern und den gemessen oder geschätzten Werten dieser Parameter anpassen. Zum Beispiel kann das Vorhersagemodul 323 einen oder mehrere Integratoren, wie etwa ein Integrator für jeden vorhergesagten Parameter, umfassen. Ein Integrator kann einen Integratorwert auf der Grundlage von Differenzen zwischen einem vorhergesagten Parameter und einem gemessenen oder geschätzten Wert dieses Parameters über einen Zeitraum bestimmen.
Zum Beispiel kann ein Integrator einen Drehmomentintegratorwert auf der Grundlage von Differenzen zwischen dem vorhergesagten Drehmoment und den gemessenen oder geschätzten Werten des Kraftmaschinen-Drehmoments bestimmen. Ein anderer Integrator kann einen APC-Integratorwert auf der Grundlage von Differenzen zwischen der vorhergesagten APC und gemessenen oder geschätzten Werten der APC bestimmen. Das Vorhersagemodul 323 kann die vorhergesagten Parameter auf der Grundlage der zugeordneten Integratorwerte anpassen, bevor die vorhergesagten Parameter bei der Kostenbestimmung verwendet werden. Zum Beispiel kann das Vorhersagemodul 323 das vorhergesagte Drehmoment auf der Grundlage des Drehmomentintegratorwertes anpassen, die vorhergesagte APC auf der Grundlage des APC-Integratorwertes anpassen usw.
Ein Kostenmodul 332 bestimmt für jede der möglichen Sequenzen der Zielwerte 266–270 auf der Grundlage der vorhergesagten Parameter, die für eine mögliche Sequenz bestimmt worden sind, und der Ausgangsreferenzwerte 356 einen Kostenwert. Eine beispielhafte Kostenbestimmung wird nachstehend weiter besprochen.
Ein Auswahlmodul 344 wählt jeweils auf der Grundlage der Kosten der möglichen Sequenzen eine der möglichen Sequenzen der Zielwerte 266–270 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 eine Erfüllung der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen berücksichtigt werden. Mit anderen Worten kann das Kostenmodul 332 die Kostenwerte ferner auf der Grundlage der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352 bestimmen. Wie es nachstehend weiter besprochen wird, wird das Auswahlmodul 344 auf der Grundlage dessen, wie die Kostenwerte bestimmt werden, diejenige der möglichen Sequenzen auswählen, die vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352 die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 am besten erreicht, während sie die APC minimiert.
Das Auswahlmodul 344 kann die Zielwerte 266–270 jeweils auf die Ersten der N Werte der ausgewählten möglichen Sequenz einstellen. Mit anderen Worten kann das Auswahlmodul 344 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 einstellen, die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 einstellen, die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 einstellen, den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 einstellen, und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 einstellen.
Während einer nächsten Steuerschleife identifiziert das MPC-Modul 312 mögliche Sequenzen, erzeugt die vorhergesagten Parameter für die möglichen Sequenzen, bestimmt die Kosten von jeder der möglichen Sequenzen, wählt eine der möglichen Sequenzen aus, und stellt die Zielwerte 266–270 auf den ersten Satz der Zielwerte 266–270 in der ausgewählten möglichen Sequenz ein. Dieser Prozess setzt sich für jede Steuerschleife fort.
Ein Aktorbeschränkungsmodul 360 (siehe 2) stellt für jeden der Zielwerte 266–270 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.
Die Aktorbeschränkungen 348 für jeden der Zielwerte 266–270 können einen Maximalwert für einen zugeordneten Zielwert und einen Minimalwert für diesen Zielwert enthalten. Allgemein kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen 348 auf vorgegebene Betriebsbereiche für die zugeordneten Aktoren einstellen. Genauer kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen 348 jeweils allgemein auf vorgegebene Betriebsbereiche für das Drosselventil 112, für das AGR-Ventil 170, für das Ladedruckregelventil 162, für den Einlassnocken-Phasensteller 148 bzw. für den Auslassnocken-Phasensteller 150 einstellen.
Allerdings kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 unter manchen Umständen wahlweise eine oder mehrere der Aktorbeschränkungen 348 anpassen. Zum Beispiel kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen für einen gegebenen Aktor anpassen, um den Betriebsbereich für diesen Kraftmaschinenaktor einzuengen, wenn in diesem Kraftmaschinenaktor ein Fehler diagnostiziert wird. Nur als ein anderes Beispiel kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen in der Weise anpassen, dass der Zielwert für einen gegebenen Aktor z. B. für eine Fehlerdiagnose wie etwa eine Nockenphasensteller-Fehlerdiagnose, eine Drosseldiagnose, eine AGR-Diagnose usw. im Zeitverlauf einem vorgegebenen Plan folgt oder sich um einen vorgegebenen Betrag ändert. Damit ein Zielwert im Zeitverlauf einem vorgegebenen Plan folgt oder sich um einen vorgegebenen Betrag ändert, kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 den Minimal- und den Maximalwert auf denselben Wert einstellen. Dass der Minimal- und der Maximalwert auf denselben Wert eingestellt werden, kann erzwingen, dass der entsprechende Zielwert auf denselben Wert wie der Minimal- und der Maximalwert eingestellt wird. Das Aktorbeschränkungsmodul 360 kann den gleichen Wert, auf den der Minimal- und der Maximalwert eingestellt sind, im Zeitverlauf variieren, um zu veranlassen, dass der Zielwert einem vorgegebenen Plan folgt.
Ein Ausgabebeschränkungsmodul 364 (siehe 2) stellt die Ausgabebeschränkungen 352 für die vorhergesagte Drehmomentausgabe der Kraftmaschine 102, für das vorhergesagte CA50, für die vorhergesagte COV des IMEP, für die vorhergesagte Restverdünnung und für die vorhergesagte externe Verdünnung ein. Die Ausgabebeschränkungen 352 für jeden der vorhergesagten Werte können 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, ein minimales CA50 und ein maximales CA50, eine minimale COV des IMEP und eine maximale COV des IMEP, eine minimale Restverdünnung und eine maximale Restverdünnung und eine minimale externe Verdünnung und eine maximale externe Verdünnung 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. Zum Beispiel kann das Ausgabebeschränkungsmodul 364 das maximale CA50, wie etwa, wenn innerhalb der Kraftmaschine 102 Klopfen auftritt, nach spät verstellen. Als ein anderes Beispiel kann das Ausgabebeschränkungsmodul 364 die maximale COV des IMEP unter Niederlastbedingungen wie etwa während des Kraftmaschinenleerlaufs, wo eine höhere COV des IMEP notwendig sein kann, um eine gegebene Drehmomentanforderung zu erreichen, erhöhen.
Ein Referenzmodul 368 (siehe 2) erzeugt jeweils die Referenzwerte 356 für die Zielwerte 266–270. Die Referenzwerte 356 umfassen für jeden der Zielwerte 266–270 eine Referenz. Mit anderen Worten umfassen die Referenzwerte 356 eine Referenz-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche, eine Referenz-Drosselklappen-Öffnungsfläche, eine Referenz-AGR-Öffnungsfläche, einen Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und einen Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel.
Das Referenzmodul 368 kann die Referenzwerte 356 z. B. auf der Grundlage der Luftdrehmomentanforderung 265 und/oder der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 bestimmen. Die Referenzwerte 356 stellen jeweils Referenzen zum Einstellen der Zielwerte 266–270 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 266–270 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 266–270 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 diesen Satz möglicher Zielwerte testen, um zu bestimmen, ob dieser Satz möglicher Zielwerte die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt. Wenn dies der Fall ist, kann das MPC-Modul 312 die Zielwerte 266–270 jeweils auf die Ersten der N Werte dieser ausgewählten möglichen Sequenz einstellen, wie es oben besprochen wurde.
Falls die Aktorbeschränkungen 348 und/oder die Ausgabebeschränkungen 352 nicht erfüllt sind, wählt das MPC-Modul 312 eine andere Sequenz möglicher Zielwerte mit nächstniedrigeren Kosten aus und prüft es diese Sequenz möglicher Zielwerte auf Erfüllung der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352. Der Prozess des Auswählens einer Sequenz und des Testens der Sequenz auf Erfüllung der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352 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 266–270 auf der Grundlage von Beziehungen bestimmen zwischen: dem vorhergesagten Drehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308; der vorhergesagten APC und einer vorgegebenen minimalen APC; den möglichen Zielwerten und den jeweiligen Aktorbeschränkungen 348; den anderen vorhergesagten Parametern und den jeweiligen Ausgabebeschränkungen 352; und den möglichen Zielwerten und den jeweiligen Referenzwerten 356. 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 266–270 auf der Grundlage der folgenden Beziehung bestimmen: Cost = Σ N / i=1ρ∊² + ||wT·(TP₁ – BATR)||² + ||wA·(APCP₁ – MinAPC)||² + ||wTV·(PTTOi – TORef)||² + ||wWG·(PTWGOi – EGORef)||² + ||wEGR·(PTEGROi – EGRORef)||² + ||wIP·(PTICPi – ICPRef)||² + ||wEP·(PTECPi – ECPRef)||², vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352. Cost sind die Kosten für die mögliche Sequenz der Zielwerte 266–270, TPi ist das vorhergesagte Drehmoment der Kraftmaschine 102 für eine i-te der N Steuerschleifen, BATR ist die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308, und wT ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen dem vorhergesagten Drehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zugeordnet ist. APCPi ist die vorhergesagte APC für die i-te der N Steuerschleifen, MinAPC ist die vorbestimmte minimale APC, und wA ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen der vorhergesagten APC und der vorbestimmten minimalen APC zugeordnet ist.
PTTOi ist eine mögliche Ziel-Drosselöffnung für die i-te der N Steuerschleifen, TORef ist die Referenz-Drosselöffnung, und wTV ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Ziel-Drosselöffnungen und der Referenz-Drosselöffnung zugeordnet ist. PTWGOi ist eine mögliche Ziel-Ladedruckregelventilöffnung für die i-te der N Steuerschleifen, WGORef ist die Referenz-Ladedruckregelventilöffnung, 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, und wEGR ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Ziel-AGR-Öffnungen und der Referenz-AGR-Öffnung zugeordnet ist. PTICi ist ein möglicher Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel für die i-te der N Steuerschleifen, ICPRef ist der Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel, und wIP ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen dem möglichen Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und dem Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel zugeordnet ist. PTECi ist ein möglicher Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel für die i-te der N Steuerschleifen, ECPRef ist der Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel, und wEP ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen dem möglichen Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel und dem Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 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, als der Gewichtungswert wA und als die anderen Gewichtungswerte (wTV, wWG, wEGR, wIP, wEP) sein, so dass die für eine mögliche Sequenz bestimmten Kosten groß sind, 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 wA und die Gewichtungswerte wTV, wWG, wEGR, wIP und wEP sein. Wie im Folgenden diskutiert wird, hat die Beziehung zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 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 Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zunimmt, nehmen die Kosten zu, und umgekehrt.
Der Gewichtungswert wA kann kleiner als der Gewichtungswert wT und größer als die Gewichtungswerte wTV, wWG, wEGR, wIP und wEP sein. Auf diese Weise hat die Beziehung zwischen der vorhergesagten APC und Null eine große Wirkung auf die Kosten, aber weniger als die Beziehung zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308. Während die Differenz zwischen der vorhergesagten APC und der vorgegebenen minimalen APC zunimmt, nehmen die Kosten zu, und umgekehrt. Nur beispielhaft kann die vorgegebene minimale APC null oder ein anderer geeigneter Wert sein.
Die Bestimmung der Kosten auf der Grundlage der Differenz zwischen der vorhergesagten APC und der vorgegebenen minimalen APC hilft sicherzustellen, dass die APC minimiert wird. Da die Kraftstoffbeaufschlagung auf der Grundlage der tatsächlichen APC gesteuert wird, verringert das Verringern der APC den Kraftstoffverbrauch, um ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Gemisch zu erreichen. Während das Auswahlmodul 344 diejenige der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten auswählen kann, kann das Auswahlmodul 344 diejenige der möglichen Sequenzen auswählen, die die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 am besten erreicht, während sie die APC minimiert. Obwohl das Beispiel der Minimierung der APC diskutiert ist, kann in verschiedenen Implementierungen ein Wirkungsgradparameter vorhergesagt und maximiert werden. Der Wirkungsgradparameter kann z. B. das vorhergesagte Drehmoment, dividiert durch die vorhergesagte APC, sein.
Die Gewichtungswerte wTV, wWG, wEGR, wIP und wEP können kleiner als alle anderen Gewichtungswerte sein. Auf diese Weise können die Zielwerte 266–270 während des stationären Betriebs jeweils in der Nähe der oder bei den Referenzwerten 356 zur Ruhe kommen. Allerdings kann das MPC-Modul 312 die Zielwerte 266–270 während des Übergangsbetriebs von den Referenzwerten 356 entfernt einstellen, um die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zu erzielen, während die APC minimiert wird und die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind.
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) und des AGR-Ventils 170 unter Verwendung von MPC (Modellvorhersagesteuerung) zeigt. Die Steuerung kann bei 404 beginnen, wo das Drehmomentanforderungsmodul 224 auf der Grundlage der angepassten vorhergesagten Drehmomentanforderung und der angepassten Sofort-Drehmomentanforderung 263 und 264 die Luftdrehmomentanforderung 265 bestimmt.
Bei 408 kann das Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 die Luftdrehmomentanforderung 265 in die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 oder in irgendeinen anderen geeigneten Drehmomenttyp zur Verwendung durch das MPC-Modul 312 umsetzen. Bei 412 bestimmt das Sequenzbestimmungsmodul 316 auf der Grundlage der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 mögliche Sequenzen der Zielwerte 266–270.
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. Genauer erzeugt das Vorhersagemodul 323 auf der Grundlage einer möglichen Sequenz von Zielwerten 266–270, der exogenen Eingänge 328 und der Rückkopplungseingänge 330 unter Verwendung des Modells 324 eine Sequenz von vorhergesagten Drehmomenten der Kraftmaschine 102 für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von vorhergesagten APCs für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von vorhergesagten Beträgen externer Verdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von vorhergesagten Beträgen von Restverdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von vorhergesagten Verbrennungsphasenlageneinstellungswerten für die N Steuerschleifen, und eine Sequenz von vorhergesagten Verbrennungsqualitätswerten für die N Steuerschleifen.
Bei 420 bestimmt das Kostenmodul 332 jeweils die Kosten (eng.: ”cost”) für die möglichen Sequenzen. Nur beispielhaft kann das Kostenmodul 332 die Kosten (engl.: Cost) für eine mögliche Sequenz der Zielwerte 266–270 wie oben diskutiert auf der Grundlage der Gleichung bestimmen Cost = Σ N / i=1ρ∊² + ||wT·(TP₁ – BATR)||² + ||wA·(APCP₁ – MinAPC)||² + ||wTV·(PTTOi – TORef)||² + ||wWG·(PTWGOi – EGORef)||² + ||wEGR·(PTEGROi – EGRORef)||² + ||wIP·(PTICPi – ICPRef)||² + ||wEP·(PTECPi – ECPRef)||², vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352.
Bei 424 wählt das Auswahlmodul 344 auf der Grundlage der Kosten der möglichen Sequenzen jeweils eine der möglichen Sequenzen der Zielwerte 266–270 aus. Zum Beispiel kann das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten auswählen. Somit kann das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen auswählen, die die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 am besten erreicht, während sie die APC minimiert. Anstelle oder zusätzlich zur Bestimmung möglicher Sequenzen der Zielwerte 230–244 bei 412 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 auf der Grundlage der ausgewählten möglichen Sequenz eine mögliche Sequenz bestimmen, die die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt und die niedrigsten Kosten besitzt, und kann die Steuerung mit 428 fortfahren. Wie im Folgenden diskutiert wird, kann diejenige mögliche Sequenz verwendet werden, die die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt und die niedrigsten Kosten besitzt.
Bei 428 setzt das erste Umsetzungsmodul 272 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 in den Ziel-Tastgrad 274 um, der an das Ladedruckregelventil 162 angelegt werden soll, setzt das zweite Umsetzungsmodul 276 die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 in den Ziel-Tastgrad 278 um, der an das Drosselventil 112 angelegt werden soll. Außerdem setzt das dritte Umsetzungsmodul 280 bei 428 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 in den Ziel-Tastgrad 282 um, der an das AGR-Ventil 170 angelegt werden soll. Außerdem kann das vierte Umsetzungsmodul den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und 270 jeweils in den Ziel-Einlasstastgrad und in den Ziel-Auslasstastgrad umsetzen, die jeweils an den Einlassnocken-Phasensteller bzw. an den Auslassnocken-Phasensteller 148 bzw. 150 angelegt werden sollen.
Bei 432 steuert das Drosselaktormodul 116 das Drosselventil 112, um die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 zu erreichen, und steuert das Phasensteller-Aktormodul 158 den Einlassnocken-Phasensteller und den Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150, um jeweils den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 269 bzw. 270 zu erreichen. Zum Beispiel kann das Drosselaktormodul 116 ein Signal mit dem Ziel-Tastgrad 278 an das Drosselventil 112 anlegen, um die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 zu erreichen.
Außerdem steuert das AGR-Aktormodul 172 das AGR-Ventil 170 bei 432, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 zu erreichen, und steuert das Ladedruckaktormodul 164 das Ladedruckregelventil 162, um die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 zu erreichen. Zum Beispiel kann das AGR-Aktormodul 172 ein Signal mit dem Ziel-Tastgrad 282 an das AGR-Ventil 170 anlegen, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 zu erreichen, und kann das Ladedruckaktormodul 164 ein Signal mit dem Ziel-Tastgrad 274 an das Ladedruckregelventil 162 anlegen, um die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 zu erreichen. Obgleich 4 nach 432 endend gezeigt ist, kann 4 eine Steuerschleife darstellen und können die Steuerschleifen mit einer vorgegebenen Rate ausgeführt werden.
Wieder unter Bezugnahme auf 3 kann ein Fehlerdiagnosemodul 380 das MPC-Modul 312 überwachen und das Vorhandensein von einem oder mehreren Fehlern in dem MPC-Modul 312 diagnostizieren. Das Fehlerdiagnosemodul 380 erzeugt ein Fehlersignal 384, wenn ein oder mehrere Fehler in dem MPC-Modul 312 vorhanden sind. Ein Schaltmodul 388 kann die Zielwerte 266–270 auf die einstellen, die von dem MPC-Modul 312 eingestellt werden, wenn das Fehler Signal 384 nicht erzeugt wird.
Wenn das Fehlersignal 384 erzeugt wird, stellt das Schaltmodul 388 die Zielwerte 266–270 jeweils auf die Referenzwerte 356 ein. Genauer kann das Schaltmodul 388 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 auf die Referenz-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche, die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 auf die Referenz-Drosselklappen-Öffnungsfläche, die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 auf die Referenz-AGR-Öffnungsfläche, den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 auf den Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 auf den Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel einstellen. Es können Änderungsgeschwindigkeiten der Zielwerte 266–270 begrenzt werden.
Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann die Integratorwerte überwachen und die Integratorwerte mit jeweiligen vorbestimmten Werten vergleichen. Wenn ein Integratorwert größer als der jeweilige vorbestimmte Wert ist, kann das Fehlerdiagnosemodul 380 bestimmen, ob der Integratorwert kleiner als der jeweilige vorbestimmte Wert wäre, wenn ein anderer Satz von A-, B- und C-Matrizen verwendet werden würde.
Zum Beispiel kann das Fehlerdiagnosemodul 380 einen den gegenwärtigen Betriebsbedingungen nächstliegenden Satz der A-, B- und C-Matrizen bestimmen. Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann die Integratorwerte auf der Grundlage des Satzes von A-, B- und C-Matrizen bestimmen. Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann bestimmen, ob die Integratorwerte, die auf der Grundlage des Satzes der A-, B- und C-Matrizen bestimmt werden, kleiner als die jeweiligen vorbestimmten Werte sind. Falls dies der Fall ist, kann das Fehlerdiagnosemodul 380 dem Vorhersagemodul 323 befehlen, diesen Satz der A-, B- und C-Matrizen zu verwenden.
Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann einen Fehler in dem MPC-Modul 312 diagnostizieren, wenn zumindest eine vorbestimmte Zahl der Integratorwerte größer als die jeweiligen vorbestimmten Werte sind. Die vorbestimmte Zahl ist eine ganze Zahl größer als 1 und kleiner als die oder gleich der Zahl vorhergesagter Parameter.
Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann auch einen Fehler in dem MPC-Modul 312 diagnostizieren, wenn das MPC-Modul 312 anzeigt, dass für einen gegebenen Satz Eingaben keine Lösung verfügbar ist. Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann auch einen Fehler in dem MPC-Modul 312 diagnostizieren, wenn einer oder mehrere der Zielwerte 266–270, die von dem MPC-Modul 312 eingestellt werden, außerhalb von einem oder mehreren der jeweiligen Aktorbeschränkungen 348 liegen.
Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann auch einen Fehler in dem MPC-Modul 312 diagnostizieren, wenn die Kosten, die für eine Sequenz bestimmt werden, die während einer Iteration ausgewählt und getestet wird, geringer als die Kosten sind, die für eine Sequenz bestimmt werden, die während einer vorhergehenden Iteration einer Steuerschleife gewählt und getestet werden. Wie es oben besprochen wurde, das MPC-Modul 312, sollten die Kosten der ausgewählten Sequenzen von Iteration zu Iteration während einer Steuerschleife zunehmen (oder zumindest gleich bleiben). Somit kann eine Abnahme der Kosten ausgewählter Sequenzen von Iteration zu Iteration einer Steuerschleife einen Fehler in dem MPC-Modul 312 anzeigen.
Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann auch einen Fehler in dem MPC-Modul 312 diagnostizieren, wenn für zwei oder mehr unterschiedliche Steuerschleifen, mehr als eine vorbestimmte maximale Zahl von Iterationen durchgeführt worden sind, um die Sequenz der Zielwerte zur Verwendung auszuwählen. Wie es oben besprochen wurde, können mehrere Iterationen während einer Steuerschleife durchgeführt werden, um eine mögliche Sequenz der Zielwerte zur Verwendung zu identifizieren. Die mögliche Sequenz kann jedoch zu spät zur Verwendung während der gegenwärtigen Steuerschleife identifiziert werden, wenn mehr als die vorbestimmte maximale Zahl von Iterationen durchgeführt wird, um diese mögliche Sequenz auszuwählen. Das Durchführen von mehr als der vorbestimmten maximalen Zahl von Iterationen für zwei oder mehr Steuerschleifen während einer vorbestimmten Zahl von Steuerschleifen kann einen Fehler in dem MPC-Modul 312 anzeigen.
Wie oben besprochen wurde, erzeugt das Fehlerdiagnosemodul 380 das Fehlersignal 384, wenn ein oder mehrere Fehler in dem MPC-Modul 312 diagnostiziert werden. Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann eine oder mehrere andere Aktionen vornehmen, wenn ein oder mehrere Fehler in dem MPC-Modul 312 diagnostiziert werden.
Zum Beispiel kann das Fehlerdiagnosemodul 380 einen oder mehrere Tests an dem MPC-Modul 312 durchführen, wenn ein oder mehrere Fehler in dem MPC-Modul 312 diagnostiziert werden. Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann einen ersten vorbestimmten Satz Eingaben für einen ersten Test des MPC-Moduls 312 in das Vorhersagemodul 323 liefern. Der erste vorbestimmte Satz Eingaben kann zum Beispiel A-, B- und C-Matrizen umfassen, um vorbestimmte Werte für den Vektor x(k) und vorbestimmte Werte für den Vektor u(k) zu verwenden. Das Vorhersagemodul 323 erzeugt den Vektor x(k + 1) und den Vektor y(k) auf der Grundlage des ersten vorbestimmten Satzes Eingaben.
Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann bestimmen, dass das MPC-Modul 312 den ersten Test besteht, wenn die Werte der Vektoren x(k + 1) und y(k), die auf der Grundlage des ersten vorbestimmen Satzes Eingaben erzeugt werden, gleich wie die vorbestimmten erwarteten Werte sind. Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann bestimmen, dass das MPC-Modul 312 den ersten Test nicht besteht, wenn einer oder mehrere der Werte der Vektoren x(k + 1) und y(k), die auf der Grundlage des ersten vorbestimmten Satzes Eingaben erzeugt werden, anders als die jeweiligen vorbestimmten erwarteten Werte sind.
Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann den Satz der Werte des Vektors x(k) auf vorbestimmte Initialisierungswerte für einen zweiten Test des MPC-Moduls 312 einstellen. Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann dann die Integratorwerte überwachen, um zu bestimmen, ob die Integratorwerte kleiner als die jeweiligen vorbestimmten Werte sind.
Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann bestimmen, dass der zweite Test bestanden ist, wenn die Integratorwerte kleiner als die jeweiligen vorbestimmten Werte sind, nachdem die Werte des Vektors x(k) auf die vorbestimmten Initialisierungswerte eingestellt worden sind. Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann bestimmen, dass der zweite Test nicht bestanden ist, wenn einer oder mehrere der Integratorwerte Größe als die jeweiligen vorbestimmten Werte bleiben, nachdem die Werte des Vektors x(k) auf die vorbestimmten Initialisierungswerte eingestellt worden sind.
Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann für einen dritten Test einen zweiten vorbestimmten Satz Eingaben an das MPC-Modul 312 liefern. Der zweite vorbestimmte Satz Eingaben kann eine vorbestimmte Basis-Luftdrehmomentanforderung, vorbestimmte Referenzwerte, vorbestimmte exogene und Rückkopplungseingänge, vorbestimmte Ausgangsbeschränkungen und vorbestimmte Aktorbeschränkungen umfassen. Der zweite vorbestimmte Satz Eingaben kann auch andere vorbestimmte Werte für andere Parameter umfassen, die von dem MPC-Modul 312 verwendet werden, um die Zielwerte 266–270 einzustellen. Es wird erwartet, dass das MPC-Modul 312 die Zielwerte 266–270 jeweils auf vorbestimmte Werte auf der Grundlage des zweiten vorbestimmten Satzes Eingaben einstellt.
Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann bestimmen, dass das MPC-Modul 312 den dritten Test besteht, wenn die Zielwerte 266–270, die auf der Grundlage des zweiten vorbestimmten Satzes Eingaben eingestellt werden, die gleichen wie die jeweiligen vorbestimmten Werte sind. Das Fehlerdiagnosemodul 380 kann bestimmen, dass das MPC-Modul 312 den dritten Test nicht besteht, wenn einer oder mehrere der Zielwerte 266–270 andere als die jeweiligen vorbestimmten Werte sind.
Wenn alle Test bestanden worden sind, kann das Fehlerdiagnosemodul 380 aufhören, das Fehlersignal 384 zu erzeugen. Das Schaltmodul 388 kann dann die Zielwerte, die durch das MPC-Modul 312 eingestellt werden, zur Verwendung auswählen. Wenn einer oder mehrere der Tests nicht bestanden wurden, kann das Fehlerdiagnosemodul 380 fortfahren, dass Fehlersignal 384 zu erzeugen, um die Verwendung der Referenzwerte 356 fortzusetzen. Wenn einer oder mehrere der Tests für einen vorbestimmten Zeitraum nicht bestanden wurden kann das Fehlerdiagnosemodul 380 einen vorbestimmten Fehlercode (DTC) in dem Speicher setzen, eine Fehlfunktionsanzeigelampe (nicht gezeigt) leuchten lassen und/oder eine oder mehrere andere Abhilfemaßnahmen ergreifen.
Nun unter Bezugnahme auf 5 zeigt ein Flussdiagramm ein Beispielverfahren zum Diagnostizieren von Fehlern in dem MPC-Modul 312. Die Steuerung kann mit 504 beginnen, wo das Fehlerdiagnosemodul 380 bestimmt, ob ein Integratorwert größer als der jeweilige vorbestimmte Wert ist. Wie oben beschrieben ist, umfasst das MPC-Modul 312 einen Integrator, der den Integratorwert auf der Grundlage von Differenzen zwischen vorhergesagten Werten eines Parameters und geschätzten oder gemessenen Werten dieses Parameters bestimmt. Falls 504 wahr ist, fährt die Steuerung mit 508 fort. Falls 504 falsch ist, kann die Steuerung mit 528 fortfahren, was nachfolgend ausführlicher besprochen ist.
Bei 508 bestimmt das Fehlerdiagnosemodul 380, ob der Integratorwert kleiner als der jeweilige vorbestimmte Wert wäre, wenn ein anderer Satz von A-, B- und C-Matrizen verwendet werden würde, um den vorhergesagten Parameter zu bestimmen, der verwendet wird, um den Integratorwert zu bestimmen. Falls 508 wahr ist, kann das Fehlerdiagnosemodul 380 dem MPC-Modul 312 bei 512 befehlen, diesen Satz von A-, B- und C-Matrizen zu verwenden, und die Steuerung fährt mit 516 fort. Falls 508 falsch ist, kann die Steuerung mit 528 fortfahren.
Bei 516 bestimmt das Fehlerdiagnosemodul 380, ob zwei oder mehr der Integratorwerte größer als die jeweiligen vorbestimmten Werte sind. Falls 516 war ist, erzeugt das Fehlerdiagnosemodul 380 bei 524 das Fehlersignal 384, um anzuzeigen, dass in dem MPC-Modul 312 ein Fehler vorhanden ist. In Ansprechen auf die Erzeugung des Fehlersignals 384 wählt das Schaltmodul 388 bei 524 die Referenzwerte 356 zur Verwendung als die jeweiligen Zielwerte 266–270 aus. In verschiedenen Implementierungen kann 516 vor 512 durchgeführt werden, wie etwa nach 504 und vor 508, oder nach 508 und vor 512. In einer solchen Implementierung kann die Steuerung nach 512 enden.
Das Fehlerdiagnosemodul 380 bestimmt bei 528, ob die Kosten, die für die ausgewählte Sequenz bestimmt werden, von einer Iteration zu einer späteren Iteration abnehmen. Falls 528 wahr ist, erzeugt das Fehlerdiagnosemodul 380 das Fehlersignal 384, um anzuzeigen, dass in dem MPC-Modul 312 ein Fehler vorhanden ist, und bei 524 werden die Referenzwerte 356 verwendet. Falls 528 falsch ist, kann die Steuerung mit 532 fortfahren.
Bei 532 bestimmt das Fehlerdiagnosemodul 380, ob das MPC-Modul 312 angezeigt hat, dass keine Lösung zum Einstellen der Zielwerte 266–270 verfügbar ist. Falls 532 wahr ist, erzeugt das Fehlerdiagnosemodul 380 das Fehlersignal 384, um anzuzeigen, dass in dem MPC-Modul 312 ein Fehler vorhanden ist, und bei 524 werden die Referenzwerte 356 verwendet. Falls 532 falsch ist, kann die Steuerung mit 536 fortfahren.
Das Fehlerdiagnosemodul 380 bestimmt bei 536, ob einer oder mehrere der Zielwerte 266–270, die von dem MPC-Modul 312 eingestellt werden, außerhalb von einer oder mehreren der Aktorbeschränkungen 348 liegen. Falls 536 wahr ist, erzeugt das Fehlerdiagnosemodul 380 das Fehlersignal 384, um anzuzeigen, dass in dem MPC-Modul 312 ein Fehler vorhanden ist, und bei 524 werden die Referenzwerte 356 verwendet. Falls 536 falsch ist, kann die Steuerung mit 540 fortfahren.
Bei 540 kann das Fehlerdiagnosemodul 380 bestimmen, ob mehr als die vorbestimmte maximale Zahl von Iterationen von dem MPC-Modul 312 durchgeführt wurden, um eine der möglichen Sequenzen für zumindest die vorbestimmte Zahl von Steuerschleifen auszuwählen. Falls 540 wahr ist, erzeugt das Fehlerdiagnosemodul 380 das Fehlersignal 384, um anzuzeigen, dass in dem MPC-Modul 312 ein Fehler vorhanden ist, und bei 524 werden die Referenzwerte 356 verwendet. Falls 540 falsch ist, kann die Steuerung enden. Obgleich 5 nach 524 oder 540 endend gezeigt ist, kann 5 für eine Steuerschleife veranschaulichend sein, und Steuerschleifen können mit einer vorbestimmten Rate ausgeführt werden. Diese vorbestimmte Rate kann gleich oder unterschiedlich sein wie die vorbestimmte Rate der Steuerschleifen von 4.
Nun unter Bezugnahme auf 6 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren zum Testen des MPC-Moduls 312 zeigt. Die Steuerung kann mit 604 beginnen, wo das Fehlerdiagnosemodul 380 bestimmt, ob in dem MPC-Modul 312 ein oder mehrere Fehler vorhanden sind. Falls 604 wahr ist, wird die Steuerung bei 608 fortgesetzt. Wenn 604 falsch ist, kann die Steuerung bei 604 bleiben. Die Besprechung des Diagnostizierens von Fehlern in dem MPC-Modul 312 ist oben zu finden.
Bei 608 kann das Fehlerdiagnosemodul 380 einen ersten vorbestimmten Satz Eingaben in das Vorhersagemodul 323 für den ersten Test des MPC-Moduls 312 liefern. Das Vorhersagemodul 323 erzeugt den Vektor x(k + 1) und den Vektor y(k) auf der Grundlage des ersten vorbestimmten Satzes Eingaben.
Bei 612 bestimmt das Fehlerdiagnosemodul 380, ob die Werte der Vektoren x(k + 1) und y(k), die von dem MPC-Modul 312 auf der Grundlage des ersten vorbestimmten Satzes Eingaben erzeugt werden, gleich wie die jeweiligen vorbestimmten erwarteten Werte sind. Falls 612 wahr ist, kann das Fehlerdiagnosemodul 380 bestimmen, dass das MPC-Modul 312 den ersten Test bestanden hat, und die Steuerung kann mit 616 fortfahren. Falls 612 falsch ist, kann das Fehlerdiagnosemodul 380 bestimmen, dass das MPC-Modul 312 den ersten Test nicht bestanden hat, und die Steuerung kann mit 636 fortfahren, was nachstehend weiter besprochen wird.
Bei 616 kann das Fehlerdiagnosemodul 380 dem Vorhersagemodul 323 Befehlen, die Werte des Vektors x(k) auf die vorbestimmten Initialisierungswerte für den zweiten Test einzustellen. Bei 620 überwacht das Fehlerdiagnosemodul 380 die Integratorwerte und bestimmt, ob die Integratorwerte kleiner als die jeweiligen vorbestimmten Werte werden. Falls 620 wahr ist, kann das Fehlerdiagnosemodul 380 bestimmen, dass das MPC-Modul 312 den zweiten Test bestanden hat, und die Steuerung kann mit 624 fortfahren. Falls 620 falsch ist, kann das Fehlerdiagnosemodul 380 bestimmen, dass das MPC-Modul 312 den zweiten Test nicht bestanden hat, und die Steuerung kann mit 636 fortfahren.
Bei 624 liefert das Fehlerdiagnosemodul 380 den zweiten vorbestimmten Satz Eingaben an das MPC-Modul 312. Auf der Grundlage des zweiten vorbestimmten Satzes Eingaben Welt das MPC-Modul 312 eine der möglichen Sequenzen von Zielwerten aus und erzeugt einen Satz Zielwerte auf der Grundlage des Ersten von jedem der Zielwerte der ausgewählten möglichen Sequenz.
Bei 628 bestimmt das Fehlerdiagnosemodul 380, ob die Zielwerte, die durch das MPC-Modul 312 auf der Grundlage des zweiten vorbestimmten Satzes Eingaben eingestellt werden, gleich wie jeweilige vorbestimmte erwartete Werte sind. Falls 628 wahr ist, kann das Fehlerdiagnosemodul 380 bestimmen, dass das MPC-Modul 312 den dritten Test bestanden hat, und die Steuerung kann mit 632 fortfahren. Falls 628 falsch ist, kann das Fehlerdiagnosemodul 380 bestimmen, dass das MPC-Modul 312 den dritten Test nicht bestanden hat, und die Steuerung kann mit 636 fortfahren.
Bei 632 kann das Fehlerdiagnosemodul 380 bestimmen, dass kein Fehler in dem MPC-Modul 312 vorhanden ist und die Erzeugung des Fehlersignals 384 unterbinden, wenn das Fehlerdiagnosemodul 380 bestimmt hat, dass alle Tests bestanden wurden. Das Schaltmodul 388 verwendet dann die durch das MPC-Modul 312 eingestellten Zielwerte.
Bei 636 kann das Fehlerdiagnosemodul 380 bestimmen, dass in dem MPC-Modul 312 ein oder mehrere Fehler vorhanden sind, und fortfahren, das Fehlersignal 384 zu erzeugen, wenn das Fehlerdiagnosemodul 380 bestimmt hat, dass einer oder mehrere der Tests nicht bestanden wurden. Von daher fährt das Schaltmodul 388 fort, die Referenzwerte 356 zu verwenden, um die jeweiligen Aktoren zu steuern.
Die vorstehende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die Offenbarung, ihre Anwendung oder Nutzungen in keiner Weise einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert sein. 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 alten 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: unter Verwendung eines Modellvorhersagesteuermoduls (MPC-Moduls): Identifizieren von Sätzen möglicher Zielwerte auf der Grundlage einer Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung; Bestimmen vorhergesagter Betriebsparameter jeweils für die Sätze möglicher Zielwerte; Bestimmen von Kostenwerten jeweils für die Sätze möglicher Zielwerte; Auswählen von einem der Sätze möglicher Zielwerte auf der Grundlage der Kostenwerte; und Einstellen von Zielwerten auf der Grundlage der möglichen Zielwerte des Ausgewählten der Sätze; Steuern eines Kraftmaschinenaktors auf der Grundlage von einem der Zielwerte; und selektives Diagnostizieren eines Fehlers in dem MPC-Modul.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Auswählen von einem der Sätze möglicher Zielwerte jeweils weiter auf der Grundlage vorbestimmter Bereiche für die Zielwerte umfasst.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 2, das ferner ein Diagnostizieren des Fehlers umfasst, wenn einer der Zielwerte außerhalb seines vorbestimmten Bereiches liegt.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst: unter Verwendung des MPC-Moduls: Identifizieren eines Ersten der Sätze möglicher Zielwerte auf der Grundlage eines ersten Kostenwertes des Ersten der Sätze; Bestimmen ob die möglichen Zielwerte des Ersten der möglichen Sätze jeweils innerhalb der vorbestimmten Bereiche liegen; dann, wenn einer der möglichen Zielwerte des Ausgewählten der Sätze außerhalb seines vorbestimmten Bereiches liegt, Identifizieren eines Zweiten der Sätze möglicher Zielwerte auf der Grundlage eines zweites Kostenwertes des Zweiten der Sätze; und dann, wenn die möglichen Zielwerte des Zweiten der Sätze jeweils innerhalb der vorbestimmten Bereiche liegen, Auswählen des Zweiten der Sätze.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 4, das ferner ein Diagnostizieren des Fehlers umfasst, wenn der zweite Kostenwert des Zweiten der Sätze niedriger als der erste Kostenwert des Ersten der Sätze ist.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 2, das ferner ein Diagnostizieren des Fehlers in dem MPC-Modul umfasst, wenn das MPC-Modul nicht in der Lage ist, einen der Sätze möglicher Zielwerte innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums auszuwählen.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Bestimmen eines Integratorwertes auf der Grundlage einer Differenz zwischen einem Ersten der vorhergesagten Betriebsparameter und einem von einem gemessenen und einem geschätzten Wert dieses Betriebsparameters umfasst.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 7, das ferner ein Diagnostizieren des Fehlers in dem MPC-Modul umfasst, wenn der Integratorwert größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bestimmen von Referenzwerten auf der Grundlage der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung; und wenn der Fehler in dem MPC-Modul diagnostiziert wird, Steuern des Kraftmaschinenaktors auf der Grundlage von einem der Referenzwerte.
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; und Steuern der Einlassventil-Phasenlageneinstellung und der Auslassventil-Phasenlageneinstellung jeweils auf der Grundlage eines Vierten bzw. eines Fünften der Zielwerte, wobei der Kraftmaschinenaktor ein Drosselventil ist.