DE102015104012A1 - Kraftmaschinen-Steuersysteme und Kraftmaschinen-Steuerverfahren für künftige Drehmomentanforderungszunahmen - Google Patents

Kraftmaschinen-Steuersysteme und Kraftmaschinen-Steuerverfahren für künftige Drehmomentanforderungszunahmen Download PDF

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Klaus Pochner
Christopher E. Whitney
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Abstract

Ein Kraftmaschinen-Steuerverfahren umfasst: Erzeugen einer Drehmomentanforderung für eine Kraftmaschine auf der Grundlage einer Fahrereingabe; und auf der Grundlage der Drehmomentanforderung Steuern: einer Öffnung eines Ladedruck-Regelventils eines Turboladers; einer Öffnung eines Drosselventils auf der Grundlage der Drehmomentanforderung; und eines Einlassventil-Phasenstellers und eines Auslassventil-Phasenstellers. Das Kraftmaschinen-Steuerverfahren umfasst auch ein wahlweises Bestimmen einer erwarteten künftigen Zunahme der Drehmomentanforderung. Das Kraftmaschinen-Steuerverfahren umfasst auch auf der Grundlage der erwarteten künftigen Zunahme und bevor die Drehmomentanforderung gemäß der erwarteten künftigen Zunahme zunimmt: Verkleinern der Öffnung des Ladedruck-Regelventils; und zumindest eines von: Verkleinern der Öffnung des Drosselventils; und Anpassen von zumindest einem von dem Einlassventil-Phasensteller und dem Auslassventil-Phasensteller, um einen volumetrischen Wirkungsgrad der Kraftmaschine zu verringern.

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, 14/226,121, 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 Kraftmaschinen-Steuersysteme und Kraftmaschinen-Steuerverfahren 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 passt die Rate an, 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 an 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 Kraftmaschinen-Steuersysteme entwickelt worden, um das Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine zum Erreichen eines Soll-Drehmoments zu steuern. Allerdings steuern herkömmliche Kraftmaschinen-Steuersysteme das Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine nicht so genau wie gewünscht. Ferner stellen herkömmliche Kraftmaschinen-Steuersysteme kein schnelles Ansprechen auf Steuersignale bereit und koordinieren nicht die Drehmomentsteuerung der Kraftmaschine zwischen verschiedenen Vorrichtungen, die das Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine beeinflussen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß einem Merkmal ist ein Kraftmaschinen-Steuersystem eines Fahrzeugs offenbart. Ein Drehmomentanforderungsmodul erzeugt eine Drehmomentanforderung für eine Kraftmaschine auf der Grundlage einer Fahrereingabe. Ein Luftsteuermodul steuert die Öffnung eines Ladedruck-Regelventils eines Turboladers und die Öffnung eines Drosselventils auf der Grundlage der Drehmomentanforderung. Ein Modul für eine künftige Anforderung bestimmt wahlweise eine erwartete künftige Zunahme der Drehmomentanforderung. Auf der Grundlage der erwarteten künftigen Zunahme und bevor die Drehmomentanforderung gemäß der erwarteten künftigen Zunahme zunimmt, verkleinert das Luftsteuermodul die Öffnung des Ladedruck-Regelventils und die Öffnung des Drosselventils.
  • Gemäß weiteren Merkmalen vergrößert das Luftsteuermodul die Öffnung des Drosselventils, wenn die Drehmomentanforderung gemäß der erwarteten künftigen Zunahme zunimmt.
  • Gemäß nochmals weiteren Merkmalen vergrößert das Luftsteuermodul die Öffnung des Drosselventils und die Öffnung des Ladedruck-Regelventils, wenn die Drehmomentanforderung gemäß der erwarteten künftigen Zunahme zunimmt.
  • Gemäß abermals weiteren Merkmalen bestimmt das Modul für eine künftige Anforderung die erwartete künftige Zunahme für die Einrückung einer Klimanlagenkompressorkupplung.
  • Gemäß weiteren Merkmalen bestimmt das Modul für eine künftige Anforderung die erwartete künftige Zunahme auf der Grundlage dessen, dass ein Fahrer einen Sport-Betriebsmodus des Fahrzeugs auswählt.
  • Gemäß nochmals weiteren Merkmalen bestimmt das Modul für eine künftige Anforderung die erwartete künftige Zunahme auf der Grundlage eines Niederdrückens eines Gaspedals.
  • Gemäß einem Merkmal ist ein Kraftmaschinen-Steuersystem eines Fahrzeugs offenbart. Ein Vorhersagemodul bestimmt auf der Grundlage eines Satzes möglicher Zielwerte für M künftige Zeitpunkte und eines Modells einer Kraftmaschine jeweils vorhergesagte Drehmomente der Kraftmaschine für die M künftigen Zeitpunkte, wobei M eine ganze Zahl größer als Eins ist. Ein Kostenmodul bestimmt auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Drehmomente für die M künftigen Zeitpunkte jeweils mit den Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte Kosten für den Satz möglicher Zielwerte. Ein Modul für eine künftige Anforderung stellt zumindest eine der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage einer erwarteten Zunahme der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen ein. Der Satz möglicher Zielwerte umfasst mögliche Zielwerte zum Verkleinern der Öffnung eines Ladedruck-Regelventils eines Turboladers vor dem erwarteten Vergrößern und Verkleinern der Öffnung eines Drosselventils vor der erwarteten Zunahme. Ein Auswahlmodul wählt auf der Grundlage der Kosten den Satz möglicher Zielwerte aus einer Gruppe aus, die den Satz möglicher Zielwerte und N weitere Sätze möglicher Zielwerte enthält, wobei N eine ganze Zahl größer als Null ist, und stellt auf der Grundlage des ausgewählten Satzes möglicher Zielwerte Zielwerte ein. Ein Ladedruck-Aktuatormodul steuert das Ladedruck-Regelventil auf der Grundlage eines ersten der Zielwerte. Ein Drosselaktormodul steuert das Drosselventil auf der Grundlage eines Zweiten der Zielwerte.
  • Gemäß weiteren Merkmalen bestimmt das Modul für eine künftige Anforderung die erwartete Zunahme der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die Einrückung einer Klimanlagenkompressorkupplung.
  • Gemäß nochmals weiteren Merkmalen bestimmt das Modul für eine künftige Anforderung die erwartete Zunahme der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen auf der Grundlage von zumindest einer Auswahl eines Sport-Betriebsmodus des Fahrzeugs durch den Fahrer und eines Niederdrückens eines Gaspedals durch den Fahrer.
  • Gemäß abermals weiteren Merkmalen: steuert ein Abgasrückführungs-Aktormodul (AGR-Aktormodul) auf der Grundlage eines Dritten der Zielwerte die Öffnung eines AGR-Ventils; und steuert ein Phasensteller-Aktormodul auf der Grundlage eines Vierten bzw. eines Fünften der Zielwerte die Einlassventil-Phasenlageneinstellung und die Auslassventil-Phasenlageneinstellung.
  • Gemäß einem Merkmal ist ein Kraftmaschinen-Steuersystem eines Fahrzeugs offenbart. Ein Drehmomentanforderungsmodul erzeugt eine Drehmomentanforderung für eine Kraftmaschine auf der Grundlage einer Fahrereingabe. Ein Luftsteuermodul steuert auf der Grundlage der Drehmomentanforderung die Öffnung eines Ladedruck-Regelventils eines Turboladers, die Öffnung eines Drosselventils und einen Einlassventil-Phasensteller und einen Auslassventil-Phasensteller. Ein Modul für eine künftige Anforderung bestimmt wahlweise eine erwartete künftige Drehmomentanforderung. Auf der Grundlage der erwarteten künftigen Zunahme und bevor die Drehmomentanforderung gemäß der erwarteten künftigen Zunahme zunimmt, verkleinert das Luftsteuermodul die Öffnung des Ladedruck-Regelventils und passt zumindest einen von dem Einlassventil-Phasensteller und dem Auslassventil-Phasensteller an, um einen volumetrischen Wirkungsgrad der Kraftmaschine zu verringern.
  • Wenn gemäß weiteren Merkmalen die Drehmomentanforderung gemäß der erwarteten künftigen Zunahme zunimmt, hält das Luftsteuermodul die Öffnung des Ladedruck-Regelventils aufrecht und passt zumindest einen von dem Einlassventil-Phasensteller und dem Auslassventil-Phasensteller an, um den volumetrischen Wirkungsgrad der Kraftmaschine zu erhöhen.
  • Gemäß einem Merkmal umfasst ein Kraftmaschinen-Steuerverfahren für ein Fahrzeug: Erzeugen einer Drehmomentanforderung für eine Kraftmaschine auf der Grundlage einer Fahrereingabe; auf der Grundlage der Drehmomentanforderung Steuern: einer Öffnung eines Ladedruck-Regelventils eines Turboladers; einer Öffnung eines Drosselventils auf der Grundlage der Drehmomentanforderung; und eines Einlassventil-Phasenstellers und eines Auslassventil-Phasenstellers. Das Kraftmaschinen-Steuerverfahren umfasst ferner: wahlweises Bestimmen einer erwarteten künftigen Zunahme der Drehmomentanforderung; und auf der Grundlage der erwarteten künftigen Zunahme und bevor die Drehmomentanforderung gemäß der erwarteten künftigen Zunahme zunimmt: Verkleinern der Öffnung des Ladedruck-Regelventils; und zumindest eines von: Verkleinern der Öffnung des Drosselventils; und Anpassen von zumindest einem von dem Einlassventil-Phasensteller und dem Auslassventil-Phasensteller, um den volumetrischen Wirkungsgrad der Kraftmaschine zu verringern.
  • Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinen-Steuerverfahren ferner, wenn die Drehmomentanforderung gemäß der erwarteten künftigen Zunahme zunimmt, zumindest eines von: Vergrößern der Öffnung des Drosselventils; und Anpassen von zumindest einem von dem Einlassventil-Phasensteller und dem Auslassventil-Phasensteller, um den volumetrischen Wirkungsgrad der Kraftmaschine zu erhöhen.
  • Gemäß nochmals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinen-Steuerverfahren ferner, wenn die Drehmomentanforderung gemäß der erwarteten künftigen Zunahme zunimmt: Aufrechterhalten der Öffnung des Ladedruck-Regelventils; und zumindest eines von: Vergrößern der Öffnung des Drosselventils; und Anpassen von zumindest einem von dem Einlassventil-Phasensteller und dem Auslassventil-Phasensteller, um den volumetrischen Wirkungsgrad der Kraftmaschine zu erhöhen.
  • Gemäß abermals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinen-Steuerverfahren ferner ein Bestimmen der erwarteten künftigen Zunahme für die Einrückung einer Klimanlagenkompressorkupplung.
  • Gemäß nochmals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinen-Steuerverfahren ferner ein Bestimmen der erwarteten künftigen Zunahme auf der Grundlage dessen, dass ein Fahrer eine Sport-Betriebsmodus des Fahrzeugs auswählt.
  • Gemäß abermals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinen-Steuerverfahren ferner ein Bestimmen der erwarteten künftigen Zunahme auf der Grundlage eines Niederdrückens eines Gaspedals.
  • Gemäß einem Merkmal ist ein Kraftmaschinen-Steuersystem eines Fahrzeugs offenbart. Ein Vorhersagemodul bestimmt auf der Grundlage eines Satzes möglicher Zielwerte für M künftige Zeitpunkte und eines Modells einer Kraftmaschine jeweils vorhergesagte Drehmomente der Kraftmaschine für die M künftigen Zeitpunkte. M ist eine ganze Zahl größer als Eins. Ein Kostenmodul bestimmt auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Drehmomente für die M künftigen Zeitpunkte jeweils mit Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte Kosten für den Satz möglicher Zielwerte. Ein Modul für eine künftige Anforderung stellt zumindest eine der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage einer erwarteten Zunahme der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen ein. Der Satz möglicher Zielwerte umfasst mögliche Zielwerte zum Verkleinern der Öffnung eines Ladedruck-Regelventils eines Turboladers vor der erwarteten Zunahme und Anpassen von zumindest einem von einem Einlassventil-Phasensteller und einem Auslassventil-Phasensteller, um einen volumetrischen Wirkungsgrad der Kraftmaschine vor der erwarteten Zunahme zu verringern. Ein Auswahlmodul wählt auf der Grundlage der Kosten den Satz möglicher Zielwerte aus einer Gruppe, die den Satz möglicher Zielwerte und N weitere Sätze möglicher Zielwerte umfasst, wobei N eine ganze Zahl größer als Null ist, aus und stellt auf der Grundlage des ausgewählten Satzes möglicher Zielwerte Zielwerte ein. Ein Ladedruck-Aktuatormodul steuert das Ladedruck-Regelventil auf der Grundlage eines ersten der Zielwerte. Ein Phasensteller-Aktormodul steuert den Einlassventil-Phasensteller und den Auslassventil-Phasensteller jeweils auf der Grundlage eines Zweiten bzw. eines Dritten der Zielwerte,
  • 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 Kraftmaschinen-Steuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 3 ein Funktionsblockschaltbild eines beispielhaften Luftsteuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 4 eine beispielhafte graphische Darstellung von Drehmoment über Zeit mit einer erwarteten künftigen Zunahme einer Drehmomentanforderung ist; und
  • 5 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines Drosselventils, einer Einlassventil-Phasenlageneinstellung und einer Auslassventil-Phasenlageneinstellung, eines Ladedruck-Regelventils und eines Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils) unter Verwendung von Modellvorhersagesteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
  • In den Zeichnungen können Bezugszeichen wiederverwendet werden, um ähnliche und/oder identische Elemente zu identifizieren.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ein Kraftmaschinen-Steuermodul (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 Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) auf der Grundlage einer Ziel-AGR-Öffnung und ein Ladedruck-Regelventil eines Turboladers auf der Grundlage eines Ziel-Ladedruck-Regelventil-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 kann die Zielwerte unter Verwendung eines Modellvorhersagesteuermoduls (MPC-Moduls) erzeugen. Das MPC-Modul identifiziert mögliche Sätze von Zielwerten. Das MPC-Modul bestimmt auf der Grundlage der Zielwerte der möglichen Sätze und eines mathematischen Modells der Kraftmaschine für jeden der möglichen Sätze vorhergesagte Parameter. Zum Beispiel kann das MPC-Modul ein vorhergesagtes Kraftmaschinen-Drehmoment und einen oder mehrere andere vorhergesagte Parameter für jeden der möglichen Sätze Zielwerte bestimmen.
  • Das MPC-Modul kann auch der Verwendung von jedem der möglichen Sätze zugeordnete Kosten bestimmen. Zum Beispiel können die Kosten eines möglichen Satzes, von dem vorhergesagt wird, dass er der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung genauer folgt, niedriger sein als die der anderen möglichen Sätze, von denen nicht erwartet wird, dass sie der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung so genau folgen. Das MPC-Modul kann einen möglichen Satz mit den niedrigsten Kosten, der verschiedene Bedingungen zur Verwendung zum Steuern der Aktoren erfüllt, auswählen. In verschiedenen Implementierungen kann das MPC-Modul, anstatt oder zusätzlich dazu, mögliche Sätze von Zielwerten zu identifizieren und die Kosten jedes der Sätze zu bestimmen, eine Fläche erzeugen, die die Kosten möglicher Sätze von Zielwerten repräsentiert. Daraufhin kann das MPC-Modul auf der Grundlage des Anstiegs der Kostenfläche den möglichen Satz mit den niedrigsten Kosten identifizieren.
  • Unter manchen Umständen kann eine Zunahme der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung antizipiert werden, bevor die Zunahme tatsächlich auftritt. Zum Beispiel kann eine Zunahme der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung antizipiert werden, wenn ein Fahrer ein Gaspedal niederdrückt, wenn eine Klimanlagenkompressorkupplung eingerückt sein wird, wenn ein Sport-Betriebsmodus des Fahrzeugs ausgewählt ist, sowie unter anderen Umständen.
  • Wenn erwartet wird, dass die Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung künftig zunimmt, verkleinert das ECM der vorliegenden Offenbarung die Öffnung des Ladedruck-Regelventils, um die Ausgangsleistung des Turboladers zu erhöhen, bevor die Zunahme auftritt. Das Erhöhen der Ausgangsleistung des Turboladers würde die Drehmomentabgabe der Kraftmaschine erhöhen. Von daher verkleinert das ECM die Öffnung des Drosselventils und/oder passt die Einlassphasenlageneinstellung und/oder Auslassphasenlageneinstellung an (um den volumetrischen Wirkungsgrad zu verringern), um die gegenwärtige Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung zu erreichen, bevor die Zunahme auftritt. Dies bereitet die Kraftmaschine vor, um in der Lage zu sein, schnell auf eine Zunahme der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung anzusprechen, indem das Drosselventil geöffnet wird und/oder indem die Einlassphasenlageneinstellung und/oder Auslassphasenlageneinstellung angepasst wird, um den volumetrischen Wirkungsgrad zu erhöhen. Im Kontext der MPC können die Kosten eines mögliches Satzes, der auf der Grundlage der erwarteten Zunahme die Öffnung des Drosselventils verkleinert und die Ladedruck-Regelventilöffnung verkleinert, geringer sein als für andere mögliche Sätze, weil dieser es ermöglicht, dass die Kraftmaschine die Zunahme durch Öffnung des Drosselventils schneller erreicht. Auch können die Kosten eines möglichen Satzes, der auf der Grundlage der erwarteten Zunahme die Einlassphasenlageneinstellung und/oder Auslassphasenlageneinstellung anpasst, um den volumetrischen Wirkungsgrad zu verringern, und die Ladedruck-Regelventilöffnung verkleinert, geringer sein als für andere mögliche Sätze, weil dieser es ermöglicht, dass die Kraftmaschine die Zunahme durch Anpassen der Einlassphasenlageneinstellung und/oder Anpassen der Auslassphasenlageneinstellung schneller erreicht, um den volumetrischen Wirkungsgrad zu erhöhen.
  • Wenn die Drehmomentanforderung der Kraftmaschine zunimmt, vergrößert das ECM die Öffnung des Drosselventils und/oder passt die Einlassphasenlageneinstellung und/oder Auslassphasenlageneinstellung an, um den Drehmomentausgabe der Kraftmaschine zu erhöhen. Ein Erhöhen der Drehmomentausgabe der Kraftmaschine durch Öffnung des Drosselventils und/oder Anpassen der Phasenlage ist schneller als das Erhöhen der Drehmomentausgabe der Kraftmaschine durch Erhöhen der Ausgangsleistung des Turboladers.
  • 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 die Öffnung 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 mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 118. 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 eines 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 eine Öffnung 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 Ladedruck-Regelventil 162 kann ermöglichen, dass Abgas das Turbinenrad 160-1 umgeht, wodurch der durch den Turbolader bereitgestellte Ladedruck (der Betrag der Einlassluftverdichtung) verringert wird. Ein Ladedruck-Aktormodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers dadurch steuern, dass es die Öffnung des Ladedruck-Regelventils 162 steuert. Bei verschiedenen Implementierungen können zwei oder mehr Turbolader eingesetzt und durch das Ladedruck-Aktormodul 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 Ladedruck-Regelventil-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 Ladedruck-Aktormodul 164 steuert das Ladedruck-Regelventil 162, um eine Ziel-Ladedruck-Regelventil-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 Kraftmaschinen-Steuersystems 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. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann auch einen oder mehrere Filter anwenden, um die Rate von Änderungen der Fahrerdrehmomentanforderung 254 zu begrenzen.
  • 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 schnelle Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die schnelle Drehmomentreserve kann den Betrag an zusätzlichem Drehmoment (über der Sofort-Drehmomentanforderung 258) repräsentieren, den das Kraftmaschinensystem 100 mit minimaler Verzögerung z. B. durch Anpassen der Zündzeiteinstellung zu erzeugen beginnen kann. Um das gegenwärtige 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 Zielwertes 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 Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine 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 Ausgangsdrehmoments der Kraftmaschine 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 schnelle 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 Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine 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 Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine erzeugt, das erreichbar ist, wenn die Luftströmung bereits vorhanden ist. Somit kann das Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine 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 bei 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 Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine 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 schnelle 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 schnelle Drehmomentreserve erzeugt oder erhöht werden, um Verringerungen des Ausgangsdrehmoments der Kraftmaschine, die sich aus dem Abmagern des Luft/Kraftstoff-Gemischs während dieser Prozesse ergeben, schnell auszugleichen.
  • Außerdem kann das Reserven/Lasten-Modul 220 eine schnelle Drehmomentreserve in Erwartung einer künftigen Last wie etwa eines Servolenkungspumpenbetriebs oder des Einrückens einer Klimaanlagen-Kompressorkupplung (A/C-Kompressorkupplung) schaffen 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-Ladedruck-Regelventil-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-Ladedruck-Regelventil-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 Ladedruck-Aktormodul 164 steuert das Ladedruck-Regelventil 162, um die Ziel-Ladedruck-Regelventil-Öffnungsfläche 266 zu erreichen. Zum Beispiel kann ein erstes Umsetzungsmodul 272 die Ziel-Ladedruck-Regelventil-Öffnungsfläche 266 in einen Ziel-Tastgrad 274 umsetzen, der an das Ladedruck-Regelventil 162 angelegt werden soll, und kann das Ladedruck-Aktormodul 164 auf der Grundlage des Ziel-Tastgrads 274 ein Signal an das Ladedruck-Regelventil 162 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das erste Umsetzungsmodul 272 die Ziel-Ladedruck-Regelventil-Öffnungsfläche 266 in eine Ziel-Ladedruck-Regelventil-Position (nicht gezeigt) umsetzen und die Ziel-Ladedruck-Regelventil-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.
  • Die Auswirkung auf die Kraftmaschine 102 durch das Anpassen des Einlassnocken-Phasenstellers und/oder des Auslassnocken-Phasenstellers 148 und 150 kann schneller sein als die des Anpassens des Drosselventils 112 oder des Ladedruck-Regelventils 162. Dies ist der Fall, weil ein Anpassen des Einlassphasenlageneinstellung und/oder der Auslassphasenlageneinstellung die APC unmittelbar ändert. Jedoch kann das Ausmaß, zu welchem der Einlassnocken-Phasensteller und/oder Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150 die Drehmomentausgabe der Kraftmaschine 102 beeinflussen kann, geringer sein als das des Drosselventils 112 und des Ladedruck-Regelventils 162.
  • Die Auswirkung auf die Kraftmaschine 102 durch das Anpassen des Drosselventils 112 ist langsamer als durch das Anpassen des Einlassnocken-Phasenstellers und/oder Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150 (aufgrund von Transportverzögerungen) aber schneller als die durch das Ladedruck-Regelventil 162. Das Ausmaß, zu welchem ein Anpassen des Drosselventils 112 die Drehmomentausgabe der Kraftmaschine 102 beeinflussen kann, ist größer als das eines Anpassens des Einlassnocken-Phasenstellers und/oder des Auslassnocken-Phasenstellers 148 und 150, aber geringer als das des Anpassens des Ladedruck-Regelventils 162.
  • Die Auswirkung auf die Kraftmaschine 102 durch das Anpassen des Ladedruck-Regelventils 162 ist langsamer als die durch das Anpassen des Einlassnocken-Phasenstellers und/oder Auslassnocken-Phasenstellers 148 und 150 das Anpassen des Drosselventils 112. Dies ist der Fall, weil zusätzlich zu den Transportverzögerungen, die dem Turbolader ebenfalls zugeordnet sind, es auch eine Verzögerung gibt, die dem Turbinenrad des Turboladers zugeordnet ist, das die Drehzahl auf der Grundlage einer Ladedruck-Regelventilanpassung ändert. Das Ausmaß, zu welchem ein Anpassen des Ladedruck-Regelventils 162 die Drehmomentausgabe der Kraftmaschine 102 beeinflussen kann, ist jedoch größer als das des Anpassens des Einlassnocken-Phasenstellers und/oder des Auslassnocken-Phasenstellers 148 und 150 und des Anpassens des Drosselventils 112.
  • 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 Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine verringert). Nur beispielhaft kann eine Drehmomentbeziehung umgekehrt werden, um sie nach einer Ziel-Zündzeiteinstellung 286 aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (TReq) kann die Ziel-Zündzeiteinstellung (ST) 286 auf folgender Grundlage bestimmt werden: ST = f–1(TReq, APC, I, E, AF, OT, #), (1) wobei APC eine APC ist, I ein Einlassventil-Phasenlageneinstellungswert ist, E ein Auslassventil-Phasenlageneinstellungswert ist, AF ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, OT eine Öltemperatur ist und # eine Anzahl 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 Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine, 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 Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine 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 Klimaanlagen- oder 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-Ladedruck-Regelventil-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 N vorhergesagten Drehmomenten der Kraftmaschine 102 für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von N vorhergesagten APCs für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von N vorhergesagten Beträgen externer Verdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von N vorhergesagten Beträgen von Restverdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von N vorhergesagten Verbrennungsphasenlageneinstellungswerten für die N Steuerschleifen, und eine Sequenz von N 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. Zum Beispiel kann ein Wirkungsgradparameter anstelle der vorhergesagten APC vorhergesagt werden, und der Wirkungsgradparameter kann z. B. das vorhergesagte Drehmoment dividiert durch die vorhergesagte APC sein.
  • 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 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 ein anderer geeigneter Parameter, der die Verbrennungsphasenlageneinstellung angibt, verwendet werden. Obwohl die Verbrennungsqualität als Variationskoeffizient (COV) indizierter mittlerer Druckwerte (IMEP-Werte) besprochen wird, kann außerdem ein anderer geeigneter Parameter, der die Verbrennungsqualität angibt, verwendet werden.
  • 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 Abgasdruck 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. dem IAT) gemessen werden und/oder können auf der Grundlage eines oder mehrerer anderer Parameter geschätzt werden.
  • Zum Beispiel kann das Vorhersagemodul 323 die vorhergesagten Parameter für eine gegebene Sequenz möglicher Zielwerte auf der Grundlage der folgenden Beziehungen erzeugen: x(k + 1) = Ax(k) + Bu(k); und y(k) = Cx(k), wobei x(k + 1) ein Vektor mit Einträgen ist, die Zustände der Kraftmaschine 102 für eine nächste Steuerschleife k + 1 angeben, A eine Matrix ist, die konstante Werte umfasst, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind, x(k) ein Vektor mit Einträgen ist, die Zustände der Kraftmaschine 102 für die k-te Steuerschleife angeben, B eine Matrix ist, die konstante Werte umfasst, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind, u(k) ein Vektor mit enthaltenen Einträgen für die möglichen Zielwerte für die k-te Steuerschleife ist, y(k) ein Vektor ist, der die vorhergesagten Parameter für die k-te Steuerschleife umfasst, und C eine Matrix ist, die konstante Werte umfasst, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind. Der Vektor x(k + 1), der während der k-ten Steuerschleife bestimmt wird, wird als der Vektor x(k) für die nächste Steuerschleife k + 1 verwendet werden. Das Vorhersagemodul 323 erzeugt die vorhergesagten Parameter für eine jede von M der N künftigen Steuerschleifen, wobei M eine ganze Zahl ist, die größer als 0 und kleiner oder gleich N ist (i. e., k = 0, 1, ... M). Somit könnten die Beziehungen umgeschrieben werden als: x(k) = Ax(k – 1) + Bu(k – 1); und y(k) = Cx(k), wobei k eine Steuerschleife ist, x(k – 1) ein Vektor mit Einträgen ist, die Zustände der Kraftmaschine 102 für 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 k-te Steuerschleife angeben, B eine Matrix ist, die konstante Werte umfasst, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind, u(k – 1) ein Vektor mit enthaltenen Einträgen für die möglichen Zielwerte für die letzte Steuerschleife k – 1 ist.
  • 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:
    Figure DE102015104012A1_0002
    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:
    Figure DE102015104012A1_0003
    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:
    Figure DE102015104012A1_0004
    wobei x1(k) der erste Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die k-te Steuerschleife ist, x2(k) der zweite Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die k-te Steuerschleife ist, x3(k) der dritte Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die k-te Steuerschleife ist, x4(k) der vierte Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die k-te Steuerschleife ist, x5(k) der fünfte Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die k-te Steuerschleife ist, und x6(k) der sechste Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die k-te Steuerschleife ist. Die Einträge des Vektors x(k) sind die für die letzte Steuerschleife berechneten Einträge des Vektors x(k + 1). Die für die k-te Steuerschleife berechneten Einträge des Vektors x(k + 1) werden für die nächste Steuerschleife als die Einträge des Vektors x(k) verwendet.
  • Die Matrix B kann umgeschrieben werden als:
    Figure DE102015104012A1_0005
    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:
    Figure DE102015104012A1_0006
    wobei PTT(k) eine mögliche Ziel-Drosselöffnung einer möglichen Sequenz für die k-te Steuerschleife ist, PTWG(k) eine mögliche Ziel-Ladedruck-Regelventilöffnung der möglichen Sequenz für die k-te Steuerschleife ist, PTEGR(k) eine mögliche Ziel-AGR-Öffnung der möglichen Sequenz für die k-te Steuerschleife ist, PTICP(k) ein möglicher Ziel-Einlassnocken-Phasenlageneinstellwert der möglichen Sequenz für die k-te Steuerschleife ist, und PTECP(k) ein möglicher Ziel-Auslassnocken-Phasenlageneinstellwert der möglichen Sequenz für die k-te Steuerschleife ist.
  • Der Vektor y(k) kann umgeschrieben werden als:
    Figure DE102015104012A1_0007
    wobei PT(k) ein vorhergesagtes Drehmoment der Kraftmaschine 102 für die k-te Steuerschleife ist, PAPC(k) eine vorhergesagte APC der Kraftmaschine 102 für die k-te Steuerschleife ist, PED(k) ein vorhergesagter Betrag externer Verdünnung für die k-te Steuerschleife ist, PRD(k) ein vorhergesagter Betrag an Restverdünnung für die k-te Steuerschleife ist, PCP(k) eine vorhergesagte Verbrennungsphasenlageneinstellung für die k-te Steuerschleife ist, und PCQ(k) eine vorhergesagte NVH für die k-te Steuerschleife ist.
  • Die Matrix C kann umgeschrieben werden als:
    Figure DE102015104012A1_0008
    wobei c11–c66 konstante Werte sind, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind.
  • Das Modell 324 umfasst mehrere unterschiedliche Sätze der A-, B- und C-Matrizen für unterschiedliche Betriebsbedingungen. Das Vorhersagemodul 323 wählt auf der Grundlage der Kraftmaschinen-Drehzahl, der Kraftmaschinenlast und/oder einem oder mehreren anderen Parametern aus, 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:
    Figure DE102015104012A1_0009
  • 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 ein Erfüllen der Ausgabebeschränkungen 352 berücksichtigt werden. Mit anderen Worten kann das Kostenmodul 332 die Kostenwerte ferner auf der Grundlage der Ausgabebeschränkungen 352 bestimmen. Wie es nachstehend weiter besprochen wird, wird das Auswahlmodul 344 auf der Grundlage davon, wie die Kostenwerte bestimmt werden, die Eine der möglichen Sequenzen auswählen, die mehr Ladedruck und ein weniger offenes Drosselventil 112 vor einer antizipierten Zunahme der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 liefert. Wenn die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 später zunimmt, kann das Drosselventil 112 geöffnet werden. Dies kann es der Kraftmaschine 102 ermöglichen, auf die Zunahme der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 schneller anzusprechen.
  • 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-Ladedruck-Regelventil-Öffnungsfläche 266 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Ladedruck-Regelventil-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 jeweils Aktorbeschränkungen für das Drosselventil 112, Aktorbeschränkungen für das AGR-Ventil 170, Aktorbeschränkungen für das Ladedruck-Regelventil 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 umfassen. Genauer kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen 348 jeweils allgemein auf vorgegebene Betriebsbereiche für das Drosselventil 112, für das AGR-Ventil 170, für das Ladedruck-Regelventil 162, für den Einlassnocken-Phasensteller 148 bzw. für den Auslassnocken-Phasensteller 150 einstellen. Allgemein kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen 348 auf vorgegebene Betriebsbereiche für die zugeordneten Aktoren einstellen. Allerdings kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 unter manchen Umständen wahlweise eine oder mehrere der Aktorbeschränkungen 348 variieren.
  • 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.
  • 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-Ladedruck-Regelventil-Öffnungsfläche, eine Referenz-Drosselöffnungsfläche, 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 diese Sequenz möglicher Zielwerte testen, um zu bestimmen, ob diese Sequenz möglicher Zielwerte die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt. Wenn dies der Fall ist, kann das MPC-Modul 312 die Zielwerte 266–270 jeweils auf die Ersten der N Werte dieser ausgewählten möglichen Sequenz einstellen, wie es oben besprochen wurde.
  • Wenn die Aktorbeschränkungen 348 nicht erfüllt sind, wählt das MPC-Modul 312 eine andere Sequenz möglicher Zielwerte mit nächst niedrigsten Kosten aus und testet diese Sequenz möglicher Zielwerte auf Erfüllung der Aktorbeschränkungen 348. Der Prozess des Auswählens einer Sequenz und des Testens der Sequenz auf Erfüllung der Aktorbeschränkungen 348 kann als eine Iteration bezeichnet werden. Es können mehrere Iterationen während jeder Steuerschleife durchgeführt werden.
  • Das MPC-Modul 312 führt Iterationen durch, bis eine Sequenz mit den niedrigsten Kosten identifiziert wird, die die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt. Auf diese Weise wählt das MPC-Modul 312 die Sequenz möglicher Zielwerte mit den niedrigsten Kosten aus, während die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt werden. Wenn keine Sequenz identifiziert werden kann, kann das MPC-Modul 312 angeben, dass keine Lösung verfügbar ist.
  • Das Kostenmodul 332 kann die Kosten für die möglichen Sequenzen der Zielwerte 266–270 auf der Grundlage von Beziehungen bestimmen zwischen: dem vorhergesagten Drehmoment und Drehmomentanforderungen; den möglichen Zielwerten und den jeweiligen Aktorbeschränkungen 348; den 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 ** TPi – BATRi)∥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, BATRi ist die Basis-Luftdrehmomentanforderung für die i-te der N Steuerschleifen, und wT ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen dem vorhergesagten Drehmoment und den Drehmomentanforderungen zugeordnet ist. Wie nachstehend weiter besprochen wird, kann alternativ BATR1 die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 sein und können BATR2–BATRN zukünftige Drehmomentanforderungen 384 für die Künftigen der N Steuerschleifen sein.
  • 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 sind. 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 und die anderen nachstehend besprochenen Gewichtungswerte (wTV, wWG, wEGR, wIP, wEP) sein, so dass die für eine mögliche Sequenz bestimmten Kosten hoch sein werden, falls eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 nicht erfüllt sind. Dies kann die Auswahl einer möglichen Sequenz verhindern helfen, wenn eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 nicht erfüllt sind.
  • Die obige Beziehung kann zum Beispiel ausgedehnt werden auf: Cost = Σ N / i=1ρ∊2 + ∥wT * (TPi – BATRi )∥2 + ∥wTV * (PTTOi – TORef)∥2 + ∥wWG * (PTWGOi – EGORef)∥2 + ∥wEGR * (PTEGROi – EGRORef)∥2 + ∥wIP * (PTICPi – ICPRef)∥2 + ∥wEP * (PTECPi – ECPRef)∥2, wieder vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352. PTTOi ist eine mögliche Ziel-Drosselöffnung für die i-te der N Steuerschleifen, TORef ist die Referenz-Drosselöffnung, und wTV ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Ziel-Drosselöffnungen und der Referenz-Drosselöffnung zugeordnet ist. PTWGOi ist eine mögliche Ziel-Ladedruck-Regelventilöffnung für die i-te der N Steuerschleifen, WGORef ist die Referenz-Ladedruck-Regelventilöffnung, und wWG ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Ziel-Ladedruck-Regelventilöffnungen und der Referenz-Ladedruck-Regelventilöffnung 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.
  • Der Gewichtungswert wT kann größer als die Gewichtungswerte wTV, wWG, wEGR, wIP und wEP sein. Wie es nachstehend besprochen wird, hat die Beziehung zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderungen 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 zunimmt, nehmen die Kosten zu, und umgekehrt.
  • 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 weg einstellen, um die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zu erzielen, während die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind.
  • Wie es oben besprochen wurde, wird der Kostenwert auf der Grundlage der Beziehungen jeweils zwischen den vorhergesagten Drehmomenten für die Künftigen der N Steuerschleifen und den Basisdrehmomentanforderungen für jene der N Steuerschleifen bestimmt. Die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 wird für die nächste der N Steuerschleifen (d. h. für i = 1) erzeugt.
  • Ein Modul für eine künftige Anforderung 380 (siehe 2) stellt die künftigen Drehmomentanforderungen 384 für die Künftigen der Steuerschleifen (d. h. für i = 2, ..., N), die bei der Kostenbestimmung verwendet werden, ein. Diese künftigen Drehmomentanforderungen 384 entsprechen erwarteten Werten der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 für diese künftigen Steuerschleifen. Die Kosten der möglichen Sequenzen werden auf der Grundlage der künftigen Drehmomentanforderungen 384 (BTARi, wobei i = 2, ..., ..., N ist) bestimmt, wie es oben besprochen wurde.
  • Wenn das Modul für eine künftige Anforderung 380 bestimmt, dass die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 während der N Steuerschleifen annähernd konstant bleiben wird, kann das Modul für eine künftige Anforderung 380 die künftigen Drehmomentanforderungen 384 gleich der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 einstellen. Das Modul für eine künftige Anforderung 380 kann unter manchen Umständen eine oder mehrere künftige Drehmomentanforderungen 384 für eine oder mehrere der Steuerschleifen auf größer als die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 einstellen.
  • Zum Beispiel, wie es oben besprochen wurde, wendet das Fahrerdrehmomentmodul 202 einen oder mehrere Filter an, um die Fahrerdrehmomentanforderung 254 zu erzeugen. Die Fahrerdrehmomentanforderung 254 kann sich daher nicht so schnell wie zum Beispiel die Gaspedalstellung ändern. Das Modul für eine künftige Anforderung 380 kann eine oder mehrere der künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf größer als die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 einstellen, wenn die Gaspedalstellung zunimmt. Dies kann in Vorwegnahme einer Zunahme der Fahrerdrehmomentanforderung 254 durchgeführt werden, die in Ansprechen auf die Gaspedalzunahme später auftreten wird. Das Modul für eine künftige Anforderung 380 kann die künftigen Drehmomentanforderungen 384 zum Beispiel auf der Grundlage des Profils der Fahrerdrehmomentanforderung 254 einstellen, von dem erwartet wird, dass es sich aus der Filterung ergibt, die von dem Fahrerdrehmomentmodul 202 unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen wie etwa der Drehzahl der Kraftmaschine angewandt wird.
  • Das Modul für eine künftige Anforderung 380 kann zusätzlich oder alternativ eine oder mehrere der künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf größer als die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 einstellen, wenn der Fahrer einen Sport-Betriebsmodus des Fahrzeugs ausgewählt hat. Dies kann vorgenommen werden, um es der Kraftmaschine 102 zu ermöglichen, schneller auf das Niederdrücken des Gaspedals und eine Zunahme der Gaspedalposition durch den Fahrer während des Betriebs im Sportmodus anzusprechen.
  • Zum Beispiel kann das Modul für eine künftige Anforderung 380 die künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf der Grundlage eines vorbestimmten Sportmodusprofils einstellen, wenn der Sport-Betriebsmodus ausgewählt ist. Das vorbestimmte Sportmodusprofil kann auf der Grundlage der gegenwärtigen Betriebsbedingungen wie etwa der Drehzahl der Kraftmaschine variieren. Wenn der Fahrer einen Sparbetriebsmodus ausgewählt hat, kann das Modul für eine künftige Anforderung 380 im Allgemeinen die künftigen Drehmomentanforderungen 384 gleich der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 einstellen, es sei denn, es sind eine oder mehrere Bedingungen zum Erhöhen einer oder mehrerer der künftigen Drehmomentanforderungen 384 vorhanden. Dies lässt zu, dass das MPC-Modul 312 die Zielwerte 266–270 für eine maximale Kraftstoffwirtschaftlichkeit für die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 optimiert.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das Modul für eine künftige Anforderung 380 eine oder mehrere der künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf größer als die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 in Antizipation einer Einrückung einer Klimaanlagenkompressorkupplung (A/C-Kupplung) einstellen. Das Modul für eine künftige Anforderung 380 kann eine oder mehrere der künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf größer als die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 einstellen, wenn der Fahrer zunächst Klimatisierung anfordert, bevor die A/C-Kupplung einrückt. Dies bereitet die Kraftmaschine 102 vor, um die Drehmomentausgabe zu erhöhen und somit die Last, die durch das A/C-System auferlegt wird, wenn die A/C-Kupplung einrückt, schnell auszugleichen. Zum Beispiel kann das Modul für eine künftige Anforderung 380 die künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf der Grundlage eines vorbestimmten A/C-Profils vor der Einrückung der A/C-Kupplung einstellen. Das vorbestimmte A/C-Profil kann auf der Grundlage der gegenwärtigen Betriebsbedingungen wie etwa der Drehzahl der Kraftmaschine variiert werden.
  • Auf der Grundlage der künftigen Drehmomentanforderungen 384 wird das MPC-Modul 312 eine mögliche Sequenz auswählen, die, während sie die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 erreicht, die Kraftmaschine 102 vorbereitet, um die Kraftmaschinen-Drehmomentausgabe schneller zu erhöhen, wenn die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zunimmt. Spezieller werden mögliche Sequenzen, die einen größeren Betrag an Ladedruck und eine geringere Drosselöffnung liefern, sowohl (i) die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 besser erreichen, als auch (ii) die Kraftmaschine 102 besser vorbereiten und somit die künftigen Drehmomentanforderungen 384 schneller als andere mögliche Sequenzen erreichen, wie etwa mögliche Sequenzen, die geringere Beträge an Ladedruck und/oder größere Drosselöffnung liefern. Von daher werden mögliche Sequenzen, die einen größeren Betrag an Ladedruck und weniger Drosselöffnung liefern, geringere Kosten als andere mögliche Sequenzen aufweisen. Zusätzlich zu oder als eine Alternative zu einer geringeren Drosselöffnung, werden mögliche Sequenzen, die die Einlassventil-Phasenlageneinstellung und/oder Auslassventil-Phasenlageneinstellung anpassen, um einen niedrigeren volumetrischen Wirkungsgrad vorzusehen, geringere Kosten als andere mögliche Sequenzen aufweisen. Der Ladedruck wird erhöht, indem die Öffnung des Ladedruck-Regelventils 162 verkleinert wird.
  • Dies kann zulassen, dass die Kraftmaschine 102 schneller auf die Zunahmen der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 anspricht, wenn diese auftreten. Wenn die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zunimmt, werden spezieller mögliche Sequenzen, die die Öffnung des Drosselventils 112 vergrößern, der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 genauer folgen und werden daher geringere Kosten als mögliche Sequenzen aufweisen, die die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zum Beispiel durch Erhöhen des Ladedrucks erreichen könnten. Zusätzlich oder alternativ zu dem Vergrößern der Öffnung des Drosselventils 112 können, wenn die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zunimmt, mögliche Sequenzen, die die Einlassventil-Phasenlageneinstellung und/oder Auslassventil-Phasenlageneinstellung anpassen um den volumetrischen Wirkungsgrad zu erhöhen, geringere Kosten als mögliche Sequenzen aufweisen, die die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 durch Erhöhen des Ladedrucks erreichen könnten. Dies ist der Fall, weil ein Erhöhen der APC durch Öffnung des Drosselventils 112 und/oder Anpassen der Einlassventil-Phasenlageneinstellung und/oder Auslassventil-Phasenlageneinstellung (um den volumetrischen Wirkungsgrad zu erhöhen) schneller als ein Erhöhen der APC durch Erhöhen des Ladedrucks ist. Daher wird, wenn eine antizipierte Zunahme der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 auftritt, eine mögliche Sequenz ausgewählt, die die Ziel-Drosselöffnungsfläche 267 vergrößert und/oder den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und/oder den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und 270 anpasst, um den volumetrischen Wirkungsgrad zu erhöhen.
  • 4 ist eine beispielhafte graphische Darstellung von Drehmoment 404 über Zeit 408. Linienzug 412 entspricht einem beispielhaften Satz der künftigen Drehmomentanforderungen 384. Wie zu Zeitpunkt Null dargestellt, wird erwartet, dass eine Zunahme der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zu Zeitpunkt 416 beginnt.
  • Linienzug 420 folgt der Sequenz von N vorhergesagten Drehmomenten, die auf der Grundlage einer ersten möglichen Sequenz der Zielwerte bestimmt werden, was umfasst, dass vor der Zunahme das Ladedruck-Regelventil 162 weiter geschlossen wird (um den Ladedruck zu erhöhen) und das Drosselventil 112 weiter geschlossen wird. Linienzug 424 folgt der Sequenz von N vorhergesagten Drehmomenten, die auf der Grundlage einer zweiten möglichen Sequenz der Zielwerte bestimmt werden, was umfasst, dass vor der Zunahme das Ladedruck-Regelventil 162 weiter offen ist (um weniger Ladedruck zu liefern) und das Drosselventil 112 weiter offen ist.
  • Wie dargestellt, könnten die ersten und zweiten möglichen Sequenzen verwendet werden, um die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 vor Zeitpunkt 416 zu erreichen. Jedoch wird prognostiziert, dass es die erste mögliche Sequenz ermöglicht, dass die Kraftmaschine 102 die künftigen Drehmomentanforderungen 384 genauer erreicht. Spezieller kann die Kraftmaschine 102 schneller auf die erwartete künftige Zunahme unter Verwendung der ersten möglichen Sequenz ansprechen.
  • Die Kosten, die für die erste mögliche Sequenz bestimmt werden, werden daher geringer als für die zweite mögliche Sequenz sein und werden daher zur Verwendung gegenüber die zweite mögliche Sequenz gewählt. Unter Verwendung der ersten möglichen Sequenz kann das Drosselventil 112 geöffnet werden, um schneller auf eine Zunahme der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 anzusprechen, wenn der Ladedruck oder eine Kombination aus Ladedruck und Öffnung des Drosselventils 112 in Ansprechen auf die Zunahme vergrößert wird. Wenn zum Beispiel die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zu Zeitpunkt 416 zunimmt, wird eine mögliche Sequenz, die die Öffnung des Drosselventils 112 vergrößert, ausgewählt werden, weil die Kraftmaschine 102 die Drehmomentausgabe unter Verwendung dieser möglichen Sequenz schneller erhöhen wird als eine mögliche Sequenz, die eine Erhöhung des Ladedrucks oder eine Kombination aus Erhöhung des Ladedrucks und Öffnung des Drosselventils 112 umfasst, um die Drehmomentausgabe zu erhöhen.
  • Zusammengefasst erhöht das Luftsteuermodul 228 den Ladedruck (durch Schließen des Ladedruck-Regelventils 162) und schließt das Drosselventil 112 vor einer erwarteten Zunahme der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308. Wenn die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zunimmt, öffnet das Luftsteuermodul 228 das Drosselventil 112 und hält das Niveau an Ladedruck aufrecht, um die Zunahme schnell zu erreichen.
  • Zusätzlich zu oder als eine Alternative zu dem Schließen des Drosselventils 112 vor der erwarteten Zunahme kann das Luftsteuermodul 228 den Einlassnocken-Phasensteller und/oder den Auslassnocken-Phasensteller 248 und 150 anpassen, um den volumetrischen Wirkungsgrad zu verringern. Wenn die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zunimmt, kann das Luftsteuermodul 228 zusätzlich zu oder als eine Alternative zu der Öffnung des Drosselventils 112, um die Zunahme schnell zu erreichen, den Einlassnocken-Phasensteller und/oder Auslassnocken-Phasensteller 248 und 150 anpassen, um den volumetrischen Wirkungsgrad zu erhöhen und das Niveau an Ladedruck aufrechtzuerhalten.
  • Nun unter Bezugnahme auf 5 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Drosselventils 112, des Einlassnocken-Phasenstellers 148, des Auslassnocken-Phasenstellers 150, des Ladedruck-Regelventils 162 (und somit des Turboladers) und des AGR-Ventils 170 unter Verwendung von MPC (Modellvorhersagesteuerung) zeigt. Die Steuerung kann bei 504 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 508 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. Das Modul für eine künftige Anforderung 380 bestimmt die künftigen Drehmomentanforderungen 384 bei 512 auf der Grundlage einer oder mehrerer erwarteter künftiger Zunahmen der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308. Lediglich beispielhaft kann das Modul für eine künftige Anforderung 380 eine oder mehrere der künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf größer als die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 einstellen, wenn der Sportmodus gewählt ist, wenn der Fahrer einen Betrieb des A/C-Systems angefordert hat und/oder wenn der Fahrer die Gaspedalstellung vergrößert hat. Wenn keine erwarteten künftigen Zunahmen der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 erwartet werden, kann das Modul für eine künftige Anforderung 380 die künftigen Drehmomentanforderungen 384 gleich der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 einstellen. Die künftigen Drehmomentanforderungen 384 werden verwendet, um die Kosten der möglichen Sequenzen zu bestimmen und daher zu bestimmen, welche mögliche Sequenz verwendet wird, um das Drosselventil 112, den Einlassnocken-Phasensteller 148, den Auslassnocken-Phasensteller 150, das Ladedruck-Regelventil 162 und das AGR-Ventil 170 zu steuern.
  • Das Sequenzbestimmungsmodul 316 bestimmt bei 516 mögliche Sequenzen der Zielwerte 266–270. Bei 520 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. Spezieller kann das Vorhersagemodul 323 auf der Grundlage einer möglichen Sequenz der Zielwerte 266–270, der exogenen Eingaben 328 und der Rückkopplungseingänge 330 unter Verwendung des Modells 324 folgendes erzeugen: eine Sequenz von N vorhergesagten Drehmomenten der Kraftmaschine 102 für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von N vorhergesagten APCs für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von N vorhergesagten Beträgen externer Verdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von N vorhergesagten Beträgen von Restverdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von N vorhergesagten Verbrennungsphasenlageneinstellungswerten für die N Steuerschleifen, und eine Sequenz von N vorhergesagten Verbrennungsqualitätswerten für die N Steuerschleifen.
  • Bei 524 bestimmt das Kostenmodul 332 jeweils die Kosten (engl.: ”cost”) für die möglichen Sequenzen. Nur beispielhaft kann das Kostenmodul 332 die Kosten für eine mögliche Sequenz der Zielwerte 266–270 auf der Grundlage der folgenden Beziehung bestimmen Cost = Σ N / i=1ρ∊2 + ∥wT * (TPi – BATRi)∥2, oder der Beziehung Cost = Σ N / i=1ρ∊2 + ∥wT * (TPi – BATRi)∥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, wie es oben besprochen wurde. Wenn eine oder mehrere der künftigen Drehmomentanforderungen 384 (BATRi, für i = 2, ..., N) größer als die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 (BATRi für i = 1) sind, werden die Kosten einer möglichen Sequenz, die vor der Zunahme den Ladedruck erhöht und die Öffnung des Drosselventils 112 verkleinert, und das Drosselventil 112 in Ansprechen auf die Zunahme öffnet, geringer als für andere mögliche Sequenzen sein. Die Kosten einer möglichen Sequenz, die vor der Zunahme den Ladedruck erhöht und die Öffnung des Drosselventils 112 verkleinert und das Drosselventil 112 in Ansprechen auf die Zunahme öffnet, werden geringer als für andere mögliche Sequenzen sein. Zum Beispiel werden die Kosten einer solchen möglichen Sequenz geringer sein als die Kosten einer möglichen Sequenz, die vor der Zunahme weniger Ladedruck und ein weiter offenes Drosselventil 112 liefert und/oder in Ansprechen auf die Zunahme den Ladedruck erhöht oder den Ladedruck erhöht und das Drosselventil 112 öffnet. Dies ist der Fall, weil die Öffnung des Drosselventils 112 zum Erreichen einer Drehmomentzunahme schneller ist als das Erreichen der Drehmomentzunahme unter Verwendung von Ladedruck oder einer Kombination aus Ladedruck und Öffnung des Drosselventils 112. Wie es oben besprochen wurde, kann eine Anpassung der Einlassphasenlageneinstellung und/oder der Auslassphasenlageneinstellung zusätzlich zu der Anpassung des Drosselventils 112 verwendet werden.
  • Bei 528 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. Das Auswahlmodul 344 kann daher die eine der möglichen Sequenzen, die die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 am besten erreicht, auswählen und bereitet die Kraftmaschine 102 vor, um die künftigen Drehmomentanforderungen 384 zu erreichen. Wie es oben besprochen wurde, kann diese eine mögliche Sequenz sein, die vor der Zunahme den Ladedruck erhöht (durch Verkleinern der Ladedruck-Regelventilöffnung) und die Öffnung des Drosselventils 112 verkleinert. Anstelle von oder zusätzlich zu der Bestimmung möglicher Sequenzen der Zielwerte bei 516 und zu der Bestimmung der Kosten jeder der Sequenzen bei 524 kann das MPC-Modul 312 wie oben diskutiert eine Sequenz möglicher Zielwerte mit den niedrigsten Kosten unter Verwendung konvexer Optimierungstechniken identifizieren.
  • Bei 532 kann das MPC-Modul 312 bestimmen, ob die Ausgewählte der möglichen Sequenzen die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt. Falls 532 wahr ist, kann die Steuerung mit 540 fortfahren. Falls 532 falsch ist, kann das MPC-Modul 312 bei 536 eine andere der möglichen Sequenzen mit den nächst niedrigsten Kosten auswählen und die Steuerung kann zu 532 zurückkehren. Auf diese Weise wird die Sequenz mit den niedrigsten Kosten, die die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt, verwendet werden.
  • Bei 540 setzt das erste Umsetzungsmodul 272 die Ziel-Ladedruck-Regelventil-Öffnungsfläche 266 in den Ziel-Tastgrad 274 um, der an das Ladedruck-Regelventil 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 540 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 544 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 544, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 zu erreichen, und steuert das Ladedruck-Aktormodul 164 das Ladedruck-Regelventil 162, um die Ziel-Ladedruck-Regelventil-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 Ladedruck-Aktormodul 164 ein Signal mit dem Ziel-Tastgrad 274 an das Ladedruck-Regelventil 162 anlegen, um die Ziel-Ladedruck-Regelventil-Öffnungsfläche 266 zu erreichen. Obgleich 5 als nach 544 endend gezeigt ist, kann 5 eine Steuerschleife darstellen und können die Steuerschleifen mit einer vorgegebenen Rate ausgeführt werden. Auch während das Verkleinern der Öffnung des Ladedruck-Regelventils 162 und des Drosselventils 112 für eine erwartete Zunahme der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 in dem beispielhaften Kontext der Verwendung von MPC beschrieben ist, können das Ladedruck-Regelventil 162 und das Drosselventil 112 für eine erwartete Zunahme unter Verwendung eines anderen geeigneten Steuerungsschemas verkleinert werden.
  • 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 allen Code von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff Gruppenprozessor umfasst einen Prozessor, der einen Teil oder allen Code von einem oder von mehreren Modulen zusammen mit zusätzlichen Prozessoren ausführt. Der Begriff gemeinsam genutzter Speicher umfasst einen einzelnen Speicher, der einen Teil oder allen Code von mehreren Modulen speichert. Der Begriff Gruppenspeicher umfasst einen Speicher, der einen Teil oder allen Code von einem oder von mehreren Modulen zusammen mit zusätzlichen Speichern speichert. Der Begriff Speicher kann eine Teilmenge des Begriffs computerlesbares Medium sein. Der Begriff computerlesbares Medium umfasst keine vorübergehenden elektrischen und elektromagnetischen Signale, die sich durch ein Medium ausbreiten, und kann somit als konkret und nichtflüchtig angesehen werden. Nichteinschränkende Beispiele eines nicht vorübergehenden konkreten computerlesbaren Mediums umfassen nichtflüchtigen Speicher, flüchtigen Speicher, eine magnetische Ablage und eine optische Ablage.
  • Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch eines oder mehrere Computerprogramme implementiert sein, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme umfassen durch einen Prozessor ausführbare Anweisungen, die in wenigstens einem nichtflüchtigen konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können außerdem gespeicherte Daten umfassen und/oder sich auf sie stützen.

Claims (7)

  1. Kraftmaschinen-Steuerverfahren für ein Fahrzeug, umfassend: Erzeugen einer Drehmomentanforderung für eine Kraftmaschine auf der Grundlage einer Fahrereingabe; auf der Grundlage der Drehmomentanforderung Steuern: einer Öffnung eines Ladedruck-Regelventils eines Turboladers; einer Öffnung eines Drosselventils auf der Grundlage der Drehmomentanforderung; und eines Einlassventil-Phasenstellers und eines Auslassventil-Phasenstellers; wahlweises Bestimmen einer erwarteten künftigen Zunahme der Drehmomentanforderung; und auf der Grundlage der erwarteten künftigen Zunahme und bevor die Drehmomentanforderung gemäß der erwarteten künftigen Zunahme zunimmt: Verringern der Öffnung des Ladedruck-Regelventils; und zumindest eines von: Verringern der Öffnung des Drosselventils; und Anpassen von zumindest einem von dem Einlassventil-Phasensteller und dem Auslassventil-Phasensteller, um den volumetrischen Wirkungsgrad der Kraftmaschine zu verringern.
  2. Kraftmaschinen-Steuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, wenn die Drehmomentanforderung gemäß der erwarteten künftigen Zunahme zunimmt, zumindest eines von: Vergrößern der Öffnung des Drosselventils; und Anpassen von zumindest einem von dem Einlassventil-Phasensteller und dem Auslassventil-Phasensteller, um den volumetrischen Wirkungsgrad der Kraftmaschine zu erhöhen.
  3. Kraftmaschinen-Steuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, wenn die Drehmomentanforderung gemäß der erwarteten künftigen Zunahme zunimmt: Aufrechterhalten der Öffnung des Ladedruck-Regelventils; und zumindest eines von: Vergrößern der Öffnung des Drosselventils; und Anpassen von zumindest einem von dem Einlassventil-Phasensteller und dem Auslassventil-Phasensteller, um den volumetrischen Wirkungsgrad der Kraftmaschine zu erhöhen.
  4. Kraftmaschinen-Steuerverfahren nach Anspruch 2, das ferner ein Bestimmen der erwarteten künftigen Zunahme für die Einrückung einer Klimanlagenkompressorkupplung umfasst.
  5. Kraftmaschinen-Steuerverfahren nach Anspruch 2, das ferner ein Bestimmen der erwarteten künftigen Zunahme auf der Grundlage davon, dass ein Fahrer eines Sport-Betriebsmodus des Fahrzeugs wählt, umfasst.
  6. Kraftmaschinen-Steuerverfahren nach Anspruch 2, das ferner ein Bestimmen der erwarteten künftigen Zunahme auf der Grundlage eines Niederdrückens eines Gaspedals umfasst.
  7. Kraftmaschinen-Steuersystem eines Fahrzeugs, umfassend: ein Vorhersagemodul, das auf der Grundlage eines Satzes möglicher Zielwerte für M künftige Zeitpunkte und eines Modells einer Kraftmaschine jeweils vorhergesagte Drehmomente der Kraftmaschine für die M künftigen Zeitpunkte bestimmt, wobei M eine ganze Zahl größer als Eins ist; ein Kostenmodul, das auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Drehmomente für die M künftigen Zeitpunkte jeweils mit den Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte Kosten für den Satz möglicher Zielwerte bestimmt; ein Modul für eine künftige Anforderung, das zumindest eine der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage einer erwarteten Zunahme der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen einstellt, wobei der Satz möglicher Zielwerte mögliche Zielwerte zum Verkleinern der Öffnung eines Ladedruck-Regelventils eines Turboladers vor der erwarteten Zunahme und Anpassen von zumindest einem von dem Einlassventil-Phasensteller und dem Auslassventil-Phasensteller umfasst, um einen volumetrischen Wirkungsgrad der Kraftmaschine vor der erwarteten Zunahme zu verringern; ein Auswahlmodul, das auf der Grundlage der Kosten den Satz möglicher Zielwerte aus einer Gruppe auswählt, die den Satz möglicher Zielwerte und N weitere Sätze möglicher Zielwerte umfasst, wobei N eine ganze Zahl größer als Null ist, und das auf der Grundlage des ausgewählten Satzes möglicher Zielwerte Zielwerte einstellt; ein Ladedruck-Aktormodul, das das Ladedruck-Regelventil auf der Grundlage eines Ersten der Zielwerte steuert; und ein Phasensteller-Aktormodul, das den Einlassventil-Phasensteller und den Auslassventil-Phasensteller jeweils auf der Grundlage eines Zweiten bzw. eines Dritten der Zielwerte steuert.
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