DE102015104100B4 - Kraftmaschinensteuerverfahren für Getriebehochschaltungen - Google Patents

Abstract

Kraftmaschinensteuerverfahren für ein Fahrzeug, wobei das Steuerverfahren umfasst:Einstellen einer Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder einer Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung für ein Hochschalten eines Getriebes,Verwenden eines Modellvorhersagesteuermoduls (MPC-Moduls) zum:Identifizieren von Sätzen möglicher Sollwerte auf der Grundlage einer Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung, wobei jeder der möglichen Sätze eine mögliche Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung und eine mögliche Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung enthält;Auswählen eines der Sätze möglicher Sollwerte auf der Grundlage von (i) Vergleichen der möglichen Soll-Einlassventil-Zeiteinstellungen der Sätze mit der Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und (ii) Vergleichen der möglichen Soll-Auslassventil-Zeiteinstellungen der Sätze mit der Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung;Einstellen einer Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung auf der Grundlage der möglichen Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung des Ausgewählten der Sätze; undEinstellen einer Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung auf der Grundlage der möglichen Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung des Ausgewählten der Sätze; undSteuern der Einlassventil-Phasenlageneinstellung einer Kraftmaschine auf der Grundlage der Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung und Steuern der Auslassventil-Phasenlageneinstellung der Kraftmaschine auf der Grundlage der Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung.

Description

• QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
• Diese Anmeldung bezieht sich auf die Patentanmeldungen der Vereinigten Staaten mit den Veröffentlichungsnummern US 2015 / 0 275 793 A1 , eingereicht am 26. März 2014, US 2015 / 0 275 806 A1 eingereicht am 26. März 2014, US 2015 / 0 275 772 A1 eingereicht am 26. März 2014, US 2015 / 0 275 794 A1 eingereicht am 26. März 2014, US 2015 / 0 275 789 A1 eingereicht am 26. März 2014, US 2015 / 0 275 795 A1 eingereicht am 26. März 2014, US 2015 / 0 275 806 A1 eingereicht am 26. März 2014, US 2015 / 0 275 786 A1 eingereicht am 26. März 2014, US 2015 / 0 275 785 A1 eingereicht am 26. März 2014, US 2015 / 0 275 783 A1 eingereicht am 26. März 2014, US 2015 / 0 275 796 A1 eingereicht am 26. März 2014, US 2015 /0 279 124 A1 eingereicht am 26. März 2014, US 2015 / 0 275 771 A1 eingereicht am 26. März 2014, und US 2015 / 0 275 792 A1 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 ein Kraftmaschinensteuerverfahren für ein Fahrzeug für Getriebeschaltvorgänge.
• Beispielsweise ist aus der DE 10 2011 017 414 A1 ein Motorsteuerverfahren bekannt, bei dem ermittelt wird, wann eine Trägheitsphase eines Gangwechsels in einem Getriebe auftritt; bei dem eine Motordrehzahl für eine zukünftige Zeit vorausgesagt wird, zu der die Trägheitsphase endet; bei dem eine Luft pro Zylinder (APC) für die zukünftige Zeit basierend auf der Motordrehzahl vorausgesagt wird; bei dem eine Optimalwert-Phasenstellerposition basierend auf der Motordrehzahl und der APC ermittelt wird; und bei dem eine Nockenwellen-Phasenstellerposition während der Trägheitsphase des Gangwechsels basierend auf der FF-Phasenstellerposition gesteuert wird.
• Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die Druckschriften DE 10 2004 029 314 A1 , DE 602 12 461 T2 und DE 196 53 231 A1 verwiesen.
• HINTERGRUND
• Brennkraftmaschinen verbrennen innerhalb von Zylindern ein Luft- und Kraftstoffgemisch, um Kolben anzutreiben, was ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Die Luftströmung in die Kraftmaschine wird über eine Drossel geregelt. Genauer stellt die Drossel die Drosselklappen-Öffnungsfläche ein, was die Luftströmung in die Kraftmaschine erhöht oder verringert. Wenn die Drosselklappen-Öffnungsfläche zunimmt, nimmt die Luftströmung in die Kraftmaschine zu. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate ein, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Gemisch für die Zylinder bereitzustellen und/oder um eine gewünschte Drehmomentausgabe zu erzielen. Das Erhöhen der Menge Luft und Kraftstoff, die für die Zylinder bereitgestellt wird, erhöht die Drehmomentausgabe der Kraftmaschine.
• In Fremdzündungskraftmaschinen initiiert ein Zündfunken die Verbrennung eines für die Zylinder bereitgestellten Luft/Kraftstoff-Gemischs. In Selbstzündungskraftmaschinen verbrennt die Verdichtung in den Zylindern das für die Zylinder bereitgestellte Luft/Kraftstoff-Gemisch. Die Zündfunken-Zeiteinstellung und die Luftströmung können die primären Mechanismen zum Einstellen der Drehmomentausgabe von Fremdzündungskraftmaschinen sein, während die Kraftstoffströmung der primäre Mechanismus zum Einstellen der Drehmomentausgabe von Selbstzündungskraftmaschinen sein kann.
• Es sind Kraftmaschinensteuersysteme entwickelt worden, um das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment zum Erzielen eines gewünschten Drehmoments zu steuern. Allerdings steuern herkömmliche Kraftmaschinensteuersysteme das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment nicht so genau wie gewünscht. Ferner stellen herkömmliche Kraftmaschinensteuersysteme kein schnelles Ansprechen auf Steuersignale bereit und sie koordinieren nicht die Kraftmaschinen-Drehmomentsteuerung zwischen verschiedenen Vorrichtungen, die das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment beeinflussen.
• Diesem Problem wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 begegnet.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• ZUSAMMENFASSUNG
• Gemäß einem Merkmal ist ein Kraftmaschinensteuersystem für ein Fahrzeug offenbart. Ein Referenzmodul stellt eine Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder eine Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung für ein Hochschalten eines Getriebes ein. Ein Modellvorhersagesteuermodul (MPC-Modul): identifiziert auf der Grundlage einer Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung Sätze möglicher Sollwerte, wobei jeder der möglichen Sätze eine mögliche Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung und eine mögliche Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung enthält; wählt auf der Grundlage von (i) Vergleichen der möglichen Soll-Einlassventil-Zeiteinstellungen der Sätze mit der Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und (ii) Vergleichen der möglichen Soll-Auslassventil-Zeiteinstellungen der Sätze mit der Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung einen der Sätze möglicher Sollwerte aus; stellt auf der Grundlage der möglichen Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung des Ausgewählten der Sätze eine Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung ein; stellt auf der Grundlage der möglichen Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung des Ausgewählten der Sätze eine Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung ein; und ein Phasensteller-Aktormodul steuert die Einlassventil-Phasenlageneinstellung einer Kraftmaschine auf der Grundlage der Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung und steuert die Auslassventil-Phasenlageneinstellung der Kraftmaschine auf der Grundlage der Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung.
• Gemäß weiteren Merkmalen stellt das Referenzmodul die Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder die Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung während einer vorgegebenen Zeitdauer vor einer Drehmomentphase des Hochschaltens auf der Grundlage eines ersten Betrags einer Einlass- und Auslassventilüberlappung und eines ersten volumetrischen Wirkungsgrads ein.
• Gemäß nochmals weiteren Merkmalen stellt das Referenzmodul die Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder die Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung während der Drehmomentphase des Hochschaltens auf der Grundlage eines zweiten Betrags einer Einlass- und Auslassventilüberlappung und eines zweiten volumetrischen Wirkungsgrads ein.
• Gemäß abermals weiteren Merkmalen ist der erste Betrag der Einlass- und der Auslassventilüberlappung größer als der zweite Betrag der Einlass- und der Auslassventilüberlappung und ist der zweite volumetrische Wirkungsgrad größer als der erste volumetrische Wirkungsgrad.
• Gemäß weiteren Merkmalen stellt das Referenzmodul die Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder die Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung während einer Trägheitsphase des Hochschaltens, die auf die Drehmomentphase folgt, auf der Grundlage eines dritten Betrags der Einlass- und Auslassventilüberlappung und eines dritten volumetrischen Wirkungsgrads ein.
• Gemäß nochmals weiteren Merkmalen ist der dritte Betrag der Überlappung des Einlass- und des Auslassventils kleiner als der zweite Betrag der Überlappung des Einlass- und des Auslassventils und ist der dritte volumetrische Wirkungsgrad kleiner als der zweite volumetrische Wirkungsgrad.
• Gemäß abermals weiteren Merkmalen verstellt das Referenzmodul während der Trägheitsphase die Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung des Hochschaltens nach spät und die Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung des Hochschaltens nach früh.
• Gemäß nochmals weiteren Merkmalen verstellt das Referenzmodul während der Drehmomentphase die Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung des Hochschaltens nach spät und die Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung des Hochschaltens nach früh.
• Gemäß nochmals weiteren Merkmalen: steuert ein Ladedruckaktormodul das Öffnen eines Ladedruckregelventils eines Turboladers auf der Grundlage einer Soll-Ladedruckregelventil-Öffnung, die auf der Grundlage einer möglichen Soll-Ladedruckregelventil-Öffnung des Ausgewählten der Sätze eingestellt wird; steuert ein Abgasrückführungs-Aktormodul (AGR-Aktormodul) das Öffnen eines AGR-Ventils auf der Grundlage einer Soll-AGR-Öffnung, die auf der Grundlage einer möglichen Soll-AGR-Öffnung des Ausgewählten der Sätze eingestellt wird; und steuert ein Drosselaktormodul das Öffnen einer Drosselklappe auf der Grundlage einer Soll-Drosselklappenöffnung, die auf der Grundlage einer möglichen Soll-Drosselklappenöffnung des Ausgewählten der Zustände eingestellt wird.
• Gemäß einem Merkmal ist ein Kraftmaschinensteuersystem eines Fahrzeugs offenbart. Ein Vorhersagemodul, das auf einem Satz möglicher Sollwerte für M künftige Zeitpunkte und auf einem Modell einer Kraftmaschine beruht, bestimmt jeweils vorhergesagte Drehmomente der Kraftmaschine für die M künftigen Zeitpunkte. M ist eine ganze Zahl größer als eins. Ein Kostenmodul bestimmt auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Drehmomente für die M künftigen Zeitpunkte jeweils mit den Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte Kosten für den Satz möglicher Sollwerte. Ein Modul künftiger Anforderungen stellt auf der Grundlage einer erwarteten Änderung der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für ein Hochschalten des Getriebes wenigstens eine der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte ein, wobei der Satz möglicher Sollwerte mögliche Sollwerte zum Einstellen der Einlass- und/oder der Auslassventil-Phasenlageneinstellung vor der erwarteten Änderung enthält. Ein Auswahlmodul wählt auf der Grundlage der Kosten den Satz möglicher Sollwerte aus einer Gruppe, die den Satz möglicher Sollwerte und N andere Sätze möglicher Sollwerte enthält, wobei N eine ganze Zahl größer als Null ist, aus und stellt auf der Grundlage des ausgewählten Satzes möglicher Sollwerte Sollwerte ein. Ein Phasensteller-Aktormodul steuert auf der Grundlage der ersten bzw. der zweiten Sollwerte die Einlass- und die Auslassventil-Phasenlageneinstellung.
• Gemäß weiteren Merkmalen stellt das Modul künftiger Anforderungen auf der Grundlage einer erwarteten Verringerung der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen während des Hochschaltens wenigstens eine der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte ein.
• Gemäß nochmals weiteren Merkmalen stellt das Modul künftiger Anforderungen wenigstens eine der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen für die M künftigen Zeitpunkte auf der Grundlage einer erwarteten Erhöhung der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderungen während einer Trägheitsphase des Hochschaltens ein.
• Gemäß abermals weiteren Merkmalen stellt ein Beschränkungsmodul Beschränkungen der internen und der externen Verdünnung auf vorgegebene Minimalwerte für das Hochschalten ein. Auf der Grundlage des Satzes möglicher Sollwerte für M künftige Zeitpunkte und des Modells einer Kraftmaschine bestimmt es jeweils vorhergesagte Werte der internen und der externen Verdünnung für die M künftigen Zeitpunkte. Ferner bestimmt das Kostenmodul die Kosten für den Satz möglicher Sollwerte auf der Grundlage der vorhergesagten Werte der internen Verdünnung, der Werte der externen Verdünnung und der vorgegebenen Minimalwerte.
• Gemäß einem Merkmal umfasst ein Kraftmaschinensteuerverfahren für ein Fahrzeug: Einstellen einer Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder einer Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung für ein Hochschalten eines Getriebes; und Verwenden eines Modellvorhersagesteuermoduls (MPC-Moduls) zum: Identifizieren von Sätzen möglicher Sollwerte auf der Grundlage einer Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung, wobei jeder der möglichen Sätze eine mögliche Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung und eine mögliche Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung enthält; Auswählen eines der Sätze möglicher Sollwerte auf der Grundlage von (i) Vergleichen der möglichen Soll-Einlassventil-Zeiteinstellungen der Sätze mit der Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und (ii) Vergleichen der möglichen Soll-Auslassventil-Zeiteinstellungen der Sätze mit der Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung; Einstellen einer Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung auf der Grundlage der möglichen Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung des Ausgewählten der Sätze; und Einstellen einer Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung auf der Grundlage der möglichen Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung des Ausgewählten der Sätze. Ferner enthält das Verfahren das Steuern der Einlassventil-Phasenlageneinstellung einer Kraftmaschine auf der Grundlage der Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung und das Steuern der Auslassventil-Phasenlageneinstellung der Kraftmaschine auf der Grundlage der Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung.
• Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner das Einstellen der Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder der Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung auf der Grundlage eines ersten Betrags der Einlass- und der Auslassventilüberlappung und eines ersten volumetrischen Wirkungsgrads während einer vorgegebenen Zeitdauer vor einer Drehmomentphase des Hochschaltens.
• Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner das Einstellen der Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder der Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung auf der Grundlage eines zweiten Betrags der Einlass- und der Auslassventilüberlappung und eines ersten volumetrischen Wirkungsgrads während der Drehmomentphase des Hochschaltens.
  Gemäß abermals weiteren Merkmalen ist der erste Betrag der Einlass- und Auslassventilüberlappung größer als der zweite Betrag der Einlass- und Auslassventilüberlappung und ist der zweite volumetrische Wirkungsgrad größer als der erste volumetrische Wirkungsgrad.
• Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner das Einstellen der Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder der Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung auf der Grundlage eines dritten Betrags der Einlass- und Auslassventilüberlappung und eines dritten volumetrischen Wirkungsgrads während einer Trägheitsphase des Hochschaltens, die auf die Drehmomentphase folgt.
• Gemäß abermals weiteren Merkmalen ist der dritte Betrag der Einlass- und der Auslassventilüberlappung kleiner als der zweite Betrag der Einlass- und der Auslassventilüberlappung und ist der dritte volumetrische Wirkungsgrad kleiner als der zweite volumetrische Wirkungsgrad.
• Gemäß nochmals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner das Verstellen der Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung nach spät und das Verstellen der Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung nach früh für das Hochschalten während der Trägheitsphase des Hochschaltens.
• Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner das Verstellen der Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung nach spät und das Verstellen der Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung nach früh für das Hochschalten während der Drehmomentphase des Hochschaltens.
• Gemäß abermals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner: Steuern des Öffnens eines Ladedruckregelventils und eines Turboladers auf der Grundlage einer Soll-Ladedruckregelventil-Öffnung, die auf der Grundlage einer möglichen Soll-Ladedruckregelventil-Öffnung des Ausgewählten der Sätze eingestellt wird; Steuern des Öffnens eines Abgasrückführungs-Ventils (AGR-Ventils) auf der Grundlage einer AGR-Öffnung, die auf der Grundlage einer möglichen Soll-AGR-Öffnung des Ausgewählten der Sätze eingestellt wird; und Steuern des Öffnens einer Drosselklappe auf der Grundlage einer Soll-Drosselklappenöffnung, die auf der Grundlage einer möglichen Soll-Drosselklappenöffnung des Ausgewählten der Sätze eingestellt wird.
• Weitere Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Offenbarung gehen aus der ausführlichen Beschreibung, aus den Ansprüchen und aus den Zeichnungen hervor.
• Figurenliste
• Die vorliegende Offenbarung wird umfassender verständlich aus der ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, in denen:
• 1 ein Funktionsblockschaltplan eines beispielhaften Kraftmaschinensystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 2 ein Funktionsblockschaltplan eines beispielhaften Kraftmaschinensteuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 3 ein Funktionsblockschaltplan eines beispielhaften Luftsteuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
• 4 ein Ablaufplan ist, der ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern einer Drosselklappe, einer Einlassventil- und einer Auslassventil-Phasenlageneinstellung, eines Ladedruckregelventils und eines Abgasrückführungs-Ventils (AGR-Ventils) unter Verwendung einer Modellvorhersagesteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
• 5 ein Graph verschiedener Betriebsparameter in Abhängigkeit von der Zeit für ein Hochschalten eines Getriebes gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
• 6 ein Ablaufplan ist, der ein beispielhaftes Verfahren zum Einstellen von Referenzwerten zur Verwendung durch ein Modellvorhersagesteuermodul für ein Hochschalten gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
• In den Zeichnungen können Bezugszeichen wiederverwendet sein, um ähnliche und/oder gleiche Elemente zu identifizieren.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
• Ein Kraftmaschinensteuermodul (ECM) steuert die Drehmomentausgabe einer Kraftmaschine. Genauer steuert das ECM jeweils Aktoren der Kraftmaschine auf der Grundlage von Sollwerten auf der Grundlage eines angeforderten Drehmomentbetrags. Zum Beispiel steuert das ECM die Einlassnockenwellen-Phasenlageneinstellung und die Auslassnockenwellen-Phasenlageneinstellung auf der Grundlage des Soll-Einlassphasenstellerwinkels und des Soll-Auslassphasenstellerwinkels, eine Drosselklappe auf der Grundlage einer Soll-Drosselklappenöffnung, ein Abgasrückführungs-Ventil (AGR-Ventil) auf der Grundlage einer Soll-AGR-Öffnung und ein Ladedruckregelventil eines Turboladers auf der Grundlage eines Soll-Ladedruckregelventil-Tastgrads.
• Das ECM könnte die Sollwerte unter Verwendung mehrerer Einzeleingabe-Einzelausgabe-Controller (SISO-Controller) wie etwa Proportional-Integral-Differential-Regler (PID-Regler) einzeln bestimmen. Allerdings können die Sollwerte so eingestellt werden, dass die Systemstabilität auf Kosten möglicher Kraftstoffverbrauchverringerungen aufrechterhalten wird, wenn mehrere SISO-Controller verwendet werden. Außerdem können die Kalibrierung und der Entwurf der einzelnen SISO-Controller kostspielig und zeitaufwendig sein.
• Das ECM der vorliegenden Offenbarung erzeugt die Sollwerte unter Verwendung einer Modellvorhersagesteuerung (MPC). Genauer identifiziert das ECM mögliche Sätze von Sollwerten auf der Grundlage einer Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung. Das ECM kann auf der Grundlage der Sollwerte der möglichen Sätze und eines mathematischen Modells der Kraftmaschine für jeden der möglichen Sätze vorhergesagte Parameter bestimmen.
• Außerdem bestimmt das ECM jeweils für die Sollwerte auf der Grundlage der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung und eines oder mehrerer anderer Parameter Referenzwerte. Die Referenzwerte können z. B. eine Referenz-Drosselklappenöffnung, eine Referenz-AGR-Öffnung, eine Referenz-Ladedruckregelventilöffnung, eine Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und eine Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung enthalten. Das ECM kann der Verwendung jedes der Sätze zugeordnete Kosten bestimmen. Die für einen möglichen Satz bestimmten Kosten nehmen jeweils zu, während die Differenzen zwischen den Sollwerten des möglichen Satzes und dem Referenzwert zunehmen, und umgekehrt. Das ECM kann den möglichen Satz, der die niedrigsten Kosten aufweist und der verschiedene Bedingungen zur Steuerung der Aktoren erfüllt, auswählen. In verschiedenen Implementierungen kann das ECM, anstatt oder zusätzlich dazu, mögliche Sätze von Sollwerten zu identifizieren und die Kosten jedes der Sätze zu bestimmen, eine Fläche erzeugen, die die Kosten möglicher Sätze von Sollwerten repräsentiert. Daraufhin kann das ECM auf der Grundlage des Anstiegs der Kostenfläche denjenigen möglichen Satz, der die niedrigsten Kosten aufweist, identifizieren.
• Ein Getriebesteuermodul schaltet wahlweise ein Getriebe des Fahrzeugs herauf. Das ECM stellt wahlweise die Sollwerte für ein Hochschalten so ein, dass Änderungen des Kraftmaschinendrehmoments, die für die Drehmomentanforderung vorgenommen werden, durch Einstellen der Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder der Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung vorgenommen werden können. Zum Beispiel stellt das ECM die Sollwerte vor einer Verringerung der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung, die während des Hochschaltens stattfindet, so ein, dass die Verringerung durch Einstellen der Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder der Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung zum Verringern des volumetrischen Wirkungsgrads und/oder des effektiven Hubraums erzielt werden kann. Wenn die Verringerung auftritt, stellt das ECM die Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder die Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung zum Erzielen der Verringerung ein.
• Vor einer Erhöhung der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung, die während des Hochschaltens auftritt, stellt das ECM die Sollwerte so ein, dass die Erhöhung durch Einstellen der Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder der Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung zum Erhöhen des volumetrischen Wirkungsgrads und/oder des effektiven Hubraums erzielt werden kann. Wenn die Erhöhung auftritt, stellt das ECM die Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder die Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung zum Erzielen der Erhöhung ein.
• Nun in 1 ist ein Funktionsblockschaltplan eines beispielhaften Kraftmaschinensystems 100 dargestellt. Das Kraftmaschinensystem 100 enthält 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 eine Drosselklappe 112 wird Luft in einen Einlasskrümmer 110 angesaugt. Nur beispielhaft kann die Drosselklappe 112 eine Absperrklappe mit einer drehbaren Klappe enthalten. Ein Kraftmaschinensteuermodul (ECM) 114 steuert ein Drosselbetätigungsmodul 116, das das Öffnen der Drosselklappe 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 enthalten 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 enthalten. Das ECM 114 kann ein Zylinderaktormodul 110 anweisen, einige der Zylinder wahlweise zu deaktivieren, was die Kraftstoffwirtschaftlichkeit unter bestimmten Kraftmaschinenbetriebsbedingungen verbessern kann.
• Die Kraftmaschine 102 kann unter Verwendung eines Viertaktzyklus arbeiten. Die im Folgenden beschriebenen vier Takte können als der Ansaugtakt, der Verdichtungstakt, der Arbeitstakt und der Ausstoßtakt bezeichnet werden. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) finden innerhalb des Zylinders 118 zwei der vier Takte statt. Somit sind zwei Kurbelwellenumdrehungen notwendig, damit der Zylinder 118 alle vier Takte erfährt.
• Während des Ansaugtakts wird über eine Drosselklappe 122 Luft von dem Einlasskrümmer 110 in den Zylinder 118 angesaugt. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoffaktormodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung regelt, um ein SollLuft/Kraftstoff-Verhältnis zu erzielen. Der Kraftstoff kann an einem zentralen Ort oder an mehreren Orten wie etwa in der Nähe des Einlassventils 122 jedes der Zylinder in den Einlasskrümmer 110 eingespritzt werden. In verschiedenen Implementierungen (nicht gezeigt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in den Zylindern zugeordnete Mischkammern eingespritzt werden. Das Kraftstoffaktormodul 124 kann die Einspritzung von Kraftstoff in Zylinder, die deaktiviert sind, anhalten.
• Der eingespritzte Kraftstoff mischt sich in dem Zylinder 118 mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch. Während des Verdichtungstakts verdichtet ein Kolben (nicht gezeigt) innerhalb des Zylinders 118 das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Ein Zündfunkenaktormodul 126 setzt eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118 auf der Grundlage eines Signals von dem ECM 114 unter Strom, was das Luft/KraftstoffGemisch zündet. Die Zeiteinstellung des Zündfunkens kann im Vergleich zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben in seiner obersten Position ist, was als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird, spezifiziert werden.
• Das Zündfunkenaktormodul 126 kann durch ein Zeiteinstellungssignal gesteuert werden, das spezifiziert, wie weit vor oder nach dem TDC der Zündfunken erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition direkt mit der Kurbelwellendrehung zusammenhängt, kann der Betrieb des Zündfunkenaktormoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert werden. Das Erzeugen des Zündfunkens kann als ein Zündereignis bezeichnet werden. Das Zündfunkenaktormodul 126 kann die Fähigkeit besitzen, die Zeiteinstellung des Zündfunkens für jedes Zündereignis zu variieren. Wenn sich die Zündfunken-Zeiteinstellung zwischen einem letzten Zündereignis und dem nächsten Zündereignis geändert hat, kann das Zündfunkenaktormodul 126 die Zündfunken-Zeiteinstellung für ein nächstes Zündereignis variieren. Das Zündfunkenaktormodul 126 kann die Bereitstellung des Zündfunkens für deaktivierte Zylinder anhalten.
• Während des Arbeitstakts treibt die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs den Kolben von dem TDC weg an und treibt sie dadurch die Kurbelwelle an. Der Arbeitstakt kann als die Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben den TDC erreicht, und dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben den unteren Totpunkt (BDC) erreicht, definiert werden. Während des Ausstoßtakts beginnt sich der Kolben von dem BDC wegzubewegen, wobei er die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 ausstößt. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden von dem Fahrzeug über ein Abgassystem 134 ausgestoßen.
• Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. In verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) für den Zylinder 118 steuern und/oder können sie die Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) mehrerer Bänke von Zylindern (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Ähnlich können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 steuern und/oder können sie Auslassventile (einschließlich des Auslassventils 130) für mehrere Bänke von Zylindern (einschließlich des Zylinders 118) steuern. In verschiedenen anderen Implementierungen können das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 durch andere Vorrichtungen als Nockenwellen wie etwa durch nockenlose Ventilaktoren gesteuert werden. Das Zylinderaktormodul 120 kann den Zylinder 118 dadurch deaktivieren, dass es das Öffnen des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 sperrt.
• Der Zeitpunkt, zu dem das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann in Bezug auf den Kolben-TDC durch einen Einlassnocken-Phasensteller 148 variiert werden. Der Zeitpunkt, zu dem das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann in Bezug auf den Kolben-TDC durch einen Auslassnocken-Phasensteller 150 variiert werden. Ein Phasensteller-Aktormodul 158 kann den Einlassnocken-Phasensteller 148 und den Auslassnocken-Phasensteller 150 auf der Grundlage von Signalen von dem ECM 114 steuern. Wenn ein variabler Ventilhub implementiert ist (nicht gezeigt), kann er ebenfalls durch das Phasensteller-Aktormodul 158 gesteuert werden.
• Das Kraftmaschinensystem 100 kann einen Turbolader enthalten, der eine heiße Turbine 160-1 enthält, die durch heiße Abgase, die durch das Abgassystem 134 strömen, mit Leistung versorgt wird. Außerdem enthält der Turbolader einen Kaltluftverdichter 160-2, der durch die Turbine 160-1 angetrieben wird. Der Verdichter 160-2 verdichtet Luft, die in die Drosselklappe 112 führt. In verschiedenen Implementierungen kann ein durch die Kurbelwelle angetriebener Lader (nicht gezeigt) Luft von der Drosselklappe 112 verdichten und die Druckluft an den Einlasskrümmer 110 liefern.
• Ein Ladedruckregelventil 162 kann ermöglichen, dass Abgas die Turbine 160-1 um-geht, wodurch der durch den Turbolader bereitgestellte Ladedruck (der Betrag der Einlassluftverdichtung) verringert wird. Ein Ladedruckaktormodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers dadurch steuern, dass es das Öffnen des Ladedruckregelventils 162 steuert. In verschiedenen Implementierungen können zwei oder mehr Turbolader implementiert sein und können diese durch das Ladedruckaktormodul 164 gesteuert werden.
• Ein Luftkühler (nicht gezeigt) kann Wärme von der Druckluftladung an ein Kühlmedium wie etwa an ein Kraftmaschinenkühlmittel oder an Luft übertragen. Ein Luftkühler, der die Druckluftladung unter Verwendung von Kraftmaschinenkühlmittel kühlt, kann als ein Zwischenkühler bezeichnet werden. Ein Luftkühler, der die Druckluftladung unter Verwendung von Luft kühlt, kann als ein Ladeluftkühler bezeichnet werden. Die Druckluftladung kann Wärme z. B. über Verdichtung und/oder von Komponenten des Abgassystems 134 empfangen. Obwohl die Turbine 160-1 und der Verdichter 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 enthalten, das wahlweise Abgas zu dem Einlasskrümmer 110 zurück umleitet. Das AGR-Ventil 170 kann sich oberstromig der Turbine 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 Kurbelwellenpositionssensors 180 kann eine Position der Kurbelwelle gemessen werden. Auf der Grundlage der Kurbelwellenposition kann eine Drehzahl der Kurbelwelle (eine Kraftmaschinendrehzahl) bestimmt werden. Unter Verwendung eines Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur-Sensors (ECT-Sensors) 182 kann eine Temperatur des Kraftmaschinenkühlmittels gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann sich innerhalb der Kraftmaschine 102 oder an anderen Orten, an denen das Kühlmittel umgewälzt wird, wie etwa bei einem Kühler (nicht gezeigt) befinden.
• Unter Verwendung eines Krümmerabsolutdruck-Sensors (MAP-Sensors) 184 kann ein Druck innerhalb des Einlasskrümmers 110 gemessen werden. In verschiedenen Implementierungen kann ein Kraftmaschinenunterdruck, der die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck innerhalb des Einlasskrümmers 110 ist, gemessen werden. Unter Verwendung eines Luftmassenströmungs-Sensors (MAF-Sensors) 186 kann ein Massendurchfluss der in den Einlasskrümmer 110 strömenden Luft gemessen werden. In verschiedenen Implementierungen kann sich der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse befinden, das ebenfalls die Drosselklappe 112 enthält.
• Das Drosselaktormodul 116 kann unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 190 die Position der Drosselklappe 112 überwachen. Unter Verwendung eines Einlasslufttemperatur-Sensors (IAT-Sensors) 192 kann eine Umgebungstemperatur der in die Kraftmaschine 102 angesaugten Luft gemessen werden. Außerdem kann das Kraftmaschinensystem 100 einen oder mehrere andere Sensoren 193 wie etwa einen Umgebungsfeuchtigkeitssensor, einen oder mehrere Klopfsensoren, einen Verdichterauslassdrucksensor und/oder einen Drosseleinlassdrucksensor, einen Ladedruckregelventil-Positionssensor, einen AGR-Positionssensor und/oder einen oder mehrere andere geeignete Sensoren enthalten. 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 einer Gangschaltung 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 ebenfalls 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 der Drosselklappe 112 einstellen, um eine Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche zu erzielen. Das Zündfunkenaktormodul 126 steuert die Zündkerzen, um eine Soll-Zündfunken-Zeiteinstellung relativ zum Kolben-TDC zu erzielen. Das Kraftstoffaktormodul 124 steuert die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, um Soll-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter zu erzielen. Das Phasensteller-Aktormodul 158 kann den Einlassnocken-Phasensteller und den Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150 steuern, um einen Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel bzw. einen Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel zu erzielen. Das AGR-Aktormodul 172 kann das AGR-Ventil 170 steuern, um eine Soll-AGR-Öffnungsfläche zu erzielen. Das Ladedruckaktormodul 164 steuert das Ladedruckregelventil 162, um eine Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche zu erzielen. Das Zylinderaktormodul 120 steuert die Zylinderdeaktivierung, um eine Soll-Anzahl aktivierter oder deaktivierter Zylinder zu erzielen.
• Das ECM 114 erzeugt die Sollwerte für die Kraftmaschinenaktoren, um zu veranlassen, dass die Kraftmaschine 102 ein Soll-Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment erzeugt. Wie im Folgenden diskutiert wird, erzeugt das ECM 114 die Sollwerte für die Kraftmaschinenaktoren unter Verwendung der Modellvorhersagesteuerung.
• Nun in 2 ist ein Funktionsblockschaltplan eines beispielhaften Kraftmaschinensteuersystems dargestellt. Eine beispielhafte Implementierung des ECM 114 enthält ein Fahrerdrehmomentmodul 202, ein Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 204 und ein Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206. Das ECM 114 kann ein Hybridoptimierungsmodul 208 enthalten. Außerdem enthält das ECM 114 ein Reserven/Lasten-Modul 220, ein Drehmomentanforderungsmodul 224, ein Luftsteuermodul 228, ein Zündfunkensteuermodul 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 einem Tempomat beruhen, der ein adaptives Tempomatsystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um einen vorgegebenen Folgeabstand einzuhalten. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine oder mehrere Abbildungen der Fahrpedalposition auf das Solldrehmoment speichern und kann auf der Grundlage einer Ausgewählten der Abbildungen die Fahrerdrehmomentanforderung 254 bestimmen.
• Ein Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 204 arbitriert zwischen der Fahrerdrehmomentanforderung 254 und anderen Achsdrehmomentanforderungen 256. Das Achsdrehmoment (das Drehmoment bei den Rädern) kann durch verschiedene Quellen einschließlich einer Kraftmaschine und/oder eines Elektromotors erzeugt werden. Zum Beispiel können die Achsdrehmomentanforderungen 256 eine Drehmomentverringerung enthalten, die durch ein Traktionssteuersystem angefordert wird, wenn ein positiver Radschlupf detektiert wird. Ein positiver Radschlupf tritt auf, wenn das Achsdrehmoment die Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche überwindet und die Räder gegenüber der Straßenoberfläche zu rutschen beginnen. Außerdem können die Achsdrehmomentanforderungen 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 enthalten. Die Bremsmanagementanforderungen können das Achsdrehmoment verringern, um sicherzustellen, dass das Achsdrehmoment die Fähigkeit der Bremsen, das Fahrzeug zu halten, wenn das Fahrzeug angehalten wird, nicht 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 eingestellt werden, bevor sie zum Steuern der Kraftmaschinenaktoren verwendet werden.
• Allgemein gesagt kann die Sofort-Drehmomentanforderung 258 ein Betrag des aktuell gewünschten Achsdrehmoments sein, während die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 ein Betrag des Achsdrehmoments sein kann, das 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 Sollwerten zu demselben Achsdrehmoment führen. Somit kann das ECM 114 die Sollwerte so einstellen, 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 einen Radschlupf verursacht, kann die Sofort-Drehmomentanforderung 258 auf weniger als die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 eingestellt werden. In diesem Fall kann ein Traktionssteuersystem (nicht gezeigt) über die Sofort-Drehmomentanforderung 258 eine Verringerung anfordern, wobei das ECM 114 die Kraftmaschinen-Drehmomentausgabe auf die Sofort-Drehmomentausgabe 258 verringert. Allerdings führt das ECM 114 die Verringerung so aus, dass das Kraftmaschinensystem 100 die Erzeugung der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 schnell wieder aufnehmen kann, wenn der Radschlupf aufhört.
• Allgemein gesagt kann die Differenz zwischen der Sofort-Drehmomentanforderung 258 und der (allgemein höheren) vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 als eine Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die Drehmomentreserve kann den Betrag an zusätzlichem Drehmoment (über der Sofort-Drehmomentanforderung 258) repräsentieren, das das Kraftmaschinensystem 100 mit minimaler Verzögerung zu erzeugen beginnen kann. Um das aktuelle Achsdrehmoment mit minimaler Verzögerung zu erhöhen oder zu verringern, werden schnelle Kraftmaschinenaktoren verwendet. Schnelle Kraftmaschinenaktoren sind im Gegensatz zu langsamen Kraftmaschinenaktoren definiert.
• Allgemein gesagt können schnelle Kraftmaschinenaktoren das Achsdrehmoment schneller als langsame Kraftmaschinenaktoren ändern. Langsame Aktoren können auf Änderungen ihrer jeweiligen Sollwerte langsamer als schnelle Aktoren ansprechen. Ein langsamer Aktor kann z. B. mechanische Komponenten enthalten, die mehr Zeit erfordern, um sich in Ansprechen auf eine Änderung eines Sollwerts 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, wenn der langsame Aktor den geänderten Sollwert zu implementieren beginnt. Allgemein ist diese Zeitdauer für langsame Aktoren länger als für schnelle Aktoren. Außerdem kann es, selbst nachdem die Änderung begonnen hat, länger dauern, bis das Achsdrehmoment auf eine Änderung eines langsamen Aktors vollständig anspricht.
• Nur beispielhaft kann das Zündfunkenaktormodul 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 Zündfunkenaktormodul 126 wie oben beschrieben die Zündfunken-Zeiteinstellung für ein nächstes Zündereignis variieren, wenn die Zündfunken-Zeiteinstellung zwischen einem letzten Zündereignis und dem nächsten Zündereignis geändert wird. Im Gegensatz dazu kann es länger dauern, bis Änderungen der Drosselklappenöffnung das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment beeinflussen. Das Drosselaktormodul 116 ändert die Drosselklappenöffnung dadurch, dass es den Winkel der Klappe der Drosselklappe 112 einstellt. Somit gibt es eine mechanische Verzögerung, während sich die Drosselklappe 112 in Ansprechen auf die Änderung aus ihrer vorhergehenden Position in eine neue Position bewegt, wenn der Sollwert zum Öffnen der Drosselklappe 112 geändert wird. Außerdem unterliegen Luftströmungsänderungen auf der Grundlage der Drosselklappenöffnung Lufttransportverzögerungen in dem Einlasskrümmer 110. Ferner wird eine erhöhte Luftströmung in dem Einlasskrümmer 110 erst als eine Erhöhung des Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoments verwirklicht, wenn 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 Drosselklappenöffnung auf einen Wert eingestellt wird, der ermöglichen würde, dass die Kraftmaschine 102 die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 erzeugt, eine Drehmomentreserve erzeugt werden. Währenddessen kann die Zündfunken-Zeiteinstellung auf der Grundlage der Sofort-Drehmomentanforderung 258 eingestellt werden, die kleiner als die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 ist. Obwohl die Drosselklappenöffnung ausreichend Luftströmung erzeugt, damit die Kraftmaschine 102 die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 erzeugt, wird die Zündfunken-Zeiteinstellung auf der Grundlage der Sofort-Drehmomentanforderung 258 nach spät verstellt (was das Drehmoment verringert). Somit wird das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment gleich der Sofort-Drehmomentanforderung 258.
• Wenn zusätzliches Drehmoment notwendig ist, kann die Zündfunken-Zeiteinstellung 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 Zündfunkenaktormodul 126 die Zündfunken-Zeiteinstellung auf einen Optimalwert zurückstellen, der ermöglicht, dass die Kraftmaschine 102 das volle Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment erzeugt, das erzielt werden kann, wenn die Luftströmung bereits vorhanden ist. Somit kann das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment schnell auf die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 erhöht werden, ohne dass Verzögerungen vom Ändern der Drosselklappenöffnung 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-Drehmomentanforderungen 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 Achsdrehmomentbereich (Drehmoment bei den Rädern) in einen Vortriebsdrehmomentbereich (Drehmoment bei der Kurbelwelle) umgesetzt. Diese Umsetzung kann vor dem, nach dem, als Teil des oder anstelle des Hybridoptimierungsmoduls 208 stattfinden.
• Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 arbitriert zwischen Vortriebsdrehmomentanforderungen 290, die die umgesetzten vorhergesagten Drehmomentanforderungen und Sofort-Drehmomentanforderungen enthalten. Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 erzeugt eine entschiedene vorhergesagte Drehmomentanforderung 261 und eine entschiedene Sofort-Drehmomentanforderung 262. Die entschiedenen Drehmomentanforderungen 261 und 262 können dadurch erzeugt werden, dass unter den empfangenen Drehmomentanforderungen eine siegreiche Anforderung ausgewählt wird. Alternativ oder zusätzlich können die entschiedenen 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 enthalten. Außerdem können sich die Vortriebsdrehmomentanforderungen 290 aus einer Kupplungskraftstoffabschaltung ergeben, die das Kraftstoffausgangsdrehmoment verringert, wenn der Fahrer in einem Handschaltgetriebefahrzeug das Kupplungspedal niederdrückt, um ein Hochdrehen der Kraftmaschinendrehzahl zu verhindern.
• Außerdem können die Vortriebsdrehmomentanforderungen 290 eine Kraftmaschinenabschaltanforderung enthalten, 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 enthalten. 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 entschiedene vorhergesagte Drehmomentanforderung und als die entschiedene 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 entschiedene vorhergesagte Drehmomentanforderung und die entschiedene Sofort-Drehmomentanforderung 261 und 262. Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann die entschiedene vorhergesagte Drehmomentanforderung und die entschiedene Sofort-Drehmomentanforderung 261 und 262 so einstellen, dass eine Drehmomentreserve erzeugt wird und/oder dass eine oder mehrere Lasten kompensiert werden. Daraufhin gibt das Reserven/Lasten-Modul 220 die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung und die eingestellte Sofort-Drehmomentanforderung 263 und 264 an das Drehmomentanforderungsmodul 224 aus.
• Nur beispielhaft kann ein Katalysatoranspringprozess oder ein Kaltstartemissions-Verringerungsprozess eine nach spät verstellte Zündfunken-Zeiteinstellung erfordern. Somit kann das Reserven/Lasten-Modul 220 die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung 263 über die eingestellte Sofort-Drehmomentanforderung 264 erhöhen, um für den Kaltstartemissions-Verringerungsprozess einen nach spät verstellten Zündfunken zu erzeugen. In einem anderen Beispiel können das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine und/oder die Luftmassenströmung wie etwa durch intrusive Diagnoseäquivalenzverhältnistests und/oder durch neues Spülung der Kraftmaschine direkt variiert werden. Bevor diese Prozesse begonnen werden, kann eine Drehmomentreserve erzeugt oder erhöht werden, um Verringerungen des Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoments, die sich aus dem Abmagern des Luft/Kraftstoff-Gemischs während dieser Prozesse ergeben, schnell auszugleichen.
• Außerdem kann das Reserven/Lasten-Modul 220 eine Drehmomentreserve in Erwartung einer künftigen Last wie etwa eines Servolenkungspumpenbetriebs oder des Einrückens einer Klimaanlagen-Kompressorkupplung (A/C-Kompressorkupplung) erzeugen oder erhöhen. Die Reserve für das Einrücken der A/C-Kompressorkupplung kann erzeugt werden, wenn der Fahrer erstmals die Klimatisierung anfordert. Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung 263 erhöhen, während es die eingestellte 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 eingestellte Sofort-Drehmomentanforderung 264 um die geschätzte Last der A/C-Kompressorkupplung erhöhen.
• Das Drehmomentanforderungsmodul 224 empfängt die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung und die eingestellte Sofort-Drehmomentanforderung 263 und 264. Das Drehmomentanforderungsmodul 224 bestimmt, wie die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung und die eingestellte Sofort-Drehmomentanforderung 263 und 264 erzielt 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 für den Kraftmaschinentyp spezifisch sind, eine Begrenzung definieren. Die Kraftmaschinentypen können z. B. Fremdzündung und Selbstzündung enthalten. 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 eingestellten vorhergesagten Drehmomentanforderung und der eingestellten Sofort-Drehmomentanforderung 263 und 264 eine Luftdrehmomentanforderung 265. Die Luftdrehmomentanforderung 265 kann ein Bremsdrehmoment sein. Das Bremsdrehmoment kann sich auf ein Drehmoment bei der Kurbelwelle unter den aktuellen Betriebsbedingungen beziehen.
• Auf der Grundlage der Luftdrehmomentanforderung 265 werden Sollwerte für Luftströmungssteuerungs-Kraftmaschinenaktoren bestimmt. Genauer bestimmt das Luftsteuermodul 228 auf der Grundlage der Luftdrehmomentanforderung 265 eine Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266, eine Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267, eine Soll-AGR-Öffnungsfläche 268, einen Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und einen Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270. Wie im Folgenden diskutiert wird, bestimmt das Luftsteuermodul 228 die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266, die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267, die Soll-AGR-Öffnungsfläche 268, den Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und den Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 unter Verwendung einer Modellvorhersagesteuerung.
• Das Ladedruckaktormodul 164 steuert das Ladedruckregelventil 162, um die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 zu erzielen. Zum Beispiel kann ein erstes Umsetzungsmodul 272 die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 in einen Soll-Tastgrad 274 umsetzen, der an das Ladedruckregelventil 162 angelegt werden soll, und kann das Ladedruckaktormodul 164 auf der Grundlage des Soll-Tastgrads 274 ein Signal an das Ladedruckregelventil 162 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das erste Umsetzungsmodul 272 die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 in eine Soll-Ladedruckregelventil-Position (nicht gezeigt) umsetzen und die Soll-Ladedruckregelventil-Position in den Soll-Tastgrad 274 umsetzen.
• Das Drosselaktormodul 116 steuert die Drosselklappe 112, um die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 zu erzielen. Zum Beispiel kann ein zweites Umsetzungsmodul 276 die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 in einen Soll-Tastgrad 278 umsetzen, der an die Drosselklappe 112 angelegt werden soll, und kann das Drosselaktormodul 116 auf der Grundlage des Soll-Tastgrads 278 ein Signal an die Drosselklappe 112 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das zweite Umsetzungsmodul 276 die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 in eine Soll-Drosselklappenposition (nicht gezeigt) umsetzen und die Soll-Drosselklappenposition in den Soll-Tastgrad 278 umsetzen.
• Das AGR-Aktormodul 172 steuert das AGR-Ventil 170, um die Soll-AGR-Öffnungsfläche 268 zu erzielen. Zum Beispiel kann ein drittes Umsetzungsmodul 280 die Soll-AGR-Öffnungsfläche 268 in einen Soll-Tastgrad 282 umsetzen, der an das AGR-Ventil 170 angelegt werden soll, und kann das AGR-Aktormodul 172 auf der Grundlage des Soll-Tastgrads 282 ein Signal an das AGR-Ventil 170 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das dritte Umsetzungsmodul 280 die Soll-AGR-Öffnungsfläche 268 in eine Soll-AGR-Position (nicht gezeigt) umsetzen und die Soll-AGR-Position in den Soll-Tastgrad 282 umsetzen.
• Das Phasensteller-Aktormodul 158 steuert den Einlassnocken-Phasensteller 148, um den Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 zu erzielen. Außerdem steuert das Phasensteller-Aktormodul 158 den Auslassnocken-Phasensteller 150, um den Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 zu erzielen. In verschiedenen Implementierungen kann ein viertes Umsetzungsmodul (nicht gezeigt) enthalten sein und den Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel in einen Soll-Einlasstastgrad bzw. in einen Soll-Auslasstastgrad umsetzen. Das Phasensteller-Aktormodul 158 kann den Soll-Einlasstastgrad und den Soll-Auslasstastgrad an den Einlassnocken-Phasensteller und an den Auslassnocken-Phasensteller 148 bzw. 150 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das Luftsteuermodul 228 einen Soll-Überlappungsfaktor und einen effektiven Sollhubraum bestimmen und kann das Phasensteller-Aktormodul 158 den Einlassnocken-Phasensteller und den Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150 steuern, um den Soll-Überlappungsfaktor und den effektiven Sollhubraum zu erzielen.
• 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 Zündfunkensteuermodul 232 kann auf der Grundlage der Zündfunken-Drehmomentanforderung 283 bestimmen, wie viel die Zündfunken-Zeiteinstellung von einer optimalen Zündfunken-Zeiteinstellung nach spät verstellt werden soll (was das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment verringert). Nur beispielhaft kann eine Drehmomentbeziehung umgekehrt werden, um sie nach einer Soll-Zündfunken-Zeiteinstellung 286 aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (T_Req) kann die Soll-Zündfunken-Zeiteinstellung (S_T) 286 auf der Grundlage von: $${\text{S}}_{\text{T}}={\text{f}}^{-1}\left({\text{T}}_{\text{Req}}\text{, APC}\text{, I}\text{, E}\text{, AF}\text{, OT}\text{, \#}\right),$$

  

  bestimmt werden, 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 Zündfunken-Zeiteinstellung auf die optimale Zündfunken-Zeiteinstellung eingestellt wird, kann das resultierende Drehmoment so nahe wie möglich einer minimalen Zündfunkenverstellung nach früh für bestes Drehmoment (MBT-Zündfunken-Zeiteinstellung) sein. Bestes Drehmoment bezieht sich auf das maximale Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment, das für eine gegebene Luftströmung erzeugt wird, während die Zündfunken-Zeiteinstellung nach früh verstellt ist, während ein Kraftstoff, der eine höhere Oktanzahl als eine vorgegebene Oktanzahl aufweist, verwendet wird und eine stöchiometrische Kraftstoffbeaufschlagung verwendet wird. Diejenige Zündfunken-Zeiteinstellung, bei der dieses Beste auftritt, wird als eine MBT-Zündfunken-Zeiteinstellung 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 Zündfunken-Zeiteinstellung geringfügig von der MBT-Zündfunken-Zeiteinstellung unterscheiden. Somit kann das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment bei der optimalen Zündfunken-Zeiteinstellung kleiner als MBT sein. Nur beispielhaft kann eine Tabelle optimaler Zündfunken-Zeiteinstellungen, die verschiedenen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen entsprechen, während einer Kalibrierungsphase des Fahrzeugentwurfs bestimmt werden, wobei der Optimalwert aus einer Tabelle bestimmt wird, die auf den aktuellen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen beruht.
• Die Zylinderabschaltungs-Drehmomentanforderung 284 kann durch das Zylindersteuermodul 236 verwendet werden, um eine Sollanzahl zu deaktivierender Zylinder 287 zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen kann eine Sollanzahl zu aktivierender Zylinder verwendet werden. Das Zylinderaktormodul 120 aktiviert und deaktiviert wahlweise auf der Grundlage der Sollanzahl 287 die Ventile von Zylindern.
• Außerdem kann das Zylindersteuermodul 236 das Kraftstoffsteuermodul 240 anweisen, das Bereitstellen von Kraftstoff für deaktivierte Zylinder anzuhalten, und das Zündfunkensteuermodul 232 anweisen, das Bereitstellen eines Zündfunkens für deaktivierte Zylinder anzuhalten. Das Zündfunkensteuermodul 232 kann das Bereitstellen eines Zündfunkens für einen Zylinder anhalten, wenn 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 Soll-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 288 erzeugen. Die Soll-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 288 können z. B. eine Sollmasse des Kraftstoffs, eine Soll-Einspritzanfangszeiteinstellung und eine Sollanzahl der Kraftstoffeinspritzungen enthalten.
• Während des Normalbetriebs kann das Kraftstoffsteuermodul 240 in einer Luftleitungsbetriebsart 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 Soll-Kraftstoffmasse bestimmen, die eine stöchiometrische Verbrennung liefert, wenn sie mit einer aktuellen Masse der Luft pro Zylinder (APC) kombiniert wird.
• 3 ist ein Funktionsblockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des Luftsteuermoduls 228. Nun anhand von 2 und 3 kann die Luftdrehmomentanforderung 265 wie oben diskutiert ein Bremsdrehmoment sein. Ein Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 setzt die Luftdrehmomentanforderung 265 von einem Bremsdrehmoment in ein Basisdrehmoment um. Die Drehmomentanforderung, die sich aus der Umsetzung in das Basisdrehmoment ergibt, wird als eine Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 bezeichnet.
• Basisdrehmomente können sich auf ein Drehmoment bei 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 Zubehör wie etwa eine Lichtmaschine und den A/C-Kompressor auferlegt werden. Das Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 kann die Luftdrehmomentanforderung 265 z. B. unter Verwendung einer Abbildung oder einer Funktion, die 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 bei der Kurbelwelle beziehen, das Arbeit zuzuschreiben ist, die über Verbrennung innerhalb der Zylinder erzeugt wird.
• Ein MPC-Modul 312 erzeugt unter Verwendung der MPC (Modellvorhersagesteuerung) die Sollwerte 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 enthalten. Das Sequenzbestimmungsmodul 316 bestimmt mögliche Sequenzen der Sollwerte 266-270, die während N künftiger Steuerschleifen zusammen verwendet werden können. Jede der möglichen durch das Sequenzbestimmungsmodul 316 identifizierten Sequenzen enthält für jeden der Sollwerte 266-270 eine Sequenz von N Werten. Mit anderen Worten, jede mögliche Sequenz enthält eine Sequenz von N Werten für die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266, eine Sequenz von N Werten für die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267, eine Sequenz von N Werten für die Soll-AGR-Öffnungsfläche 268, eine Sequenz von N Werten für den Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und eine Sequenz von N Werten für den Soll-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 Sollwerte 266-270. Genauer erzeugt das Vorhersagemodul 323 auf der Grundlage einer möglichen Sequenz der Sollwerte 266-270, der exogenen Eingaben 328 und der Rückkopplungseingaben 330 unter Verwendung des Modells 324 eine Sequenz vorhergesagter Drehmomente der Kraftmaschine 102 für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter APCs für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter Mengen externer Verdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter Mengen Restverdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter Verbrennungs-Phasenlageneinstellungswerte für die N Steuerschleifen und eine Sequenz vorhergesagter Verbrennungsqualitätswerte 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 enthalten.
• Das Modell 324 kann z. B. eine auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibrierte Funktion oder Abbildung sein. Die Verdünnung kann sich auf eine Menge Abgas von einem früheren Verbrennungsereignis beziehen, das für ein Verbrennungsereignis innerhalb eines Zylinders eingeschlossen ist. Die externe Verdünnung kann sich auf Abgas beziehen, das über das AGR-Ventil 170 für ein Verbrennungsereignis bereitgestellt wird. Die Restverdünnung kann sich auf Abgas, das in einem Zylinder verbleibt, und/oder auf Abgas, das nach dem Ausstoßtakt eines Verbrennungszyklus in den Zylinder zurückgeschoben wird, beziehen. Außerdem kann sich die Restverdünnung auf eine interne Verdünnung beziehen.
• Die Verbrennungs-Phasenlageneinstellung kann sich auf eine Kurbelwellenposition, bei der eine vorgegebene Menge eingespritzten Kraftstoffs innerhalb eines Zylinders verbrannt ist, im Vergleich zu einer vorgegebenen Kurbelwellenposition für die Verbrennung der vorgegebenen Menge injizierten Kraftstoffs beziehen. Zum Beispiel kann die Verbrennungs-Phasenlageneinstellung hinsichtlich CA50 im Vergleich 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 sind. Das vorgegebene 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 Verbrennungs-Phasenlageneinstellung hinsichtlich CA50-Werten diskutiert ist, kann irgendein geeigneter Parameter verwendet werden, der die Verbrennungs-Phasenlageneinstellung angibt. Obwohl die Verbrennungsqualität als Variationskoeffizient (COV) indizierter mittlerer Druckwerte (IMEP-Werte) diskutiert ist, kann außerdem ein anderer geeigneter Parameter verwendet werden, der die Verbrennungsqualität angibt.
• Die exogenen Eingaben 328 können Parameter enthalten, die nicht direkt von der Drosselklappe 112, von dem AGR-Ventil 170, von dem Turbolader, von dem Einlassnocken-Phasensteller 148 und von dem Auslassnocken-Phasensteller 150 beeinflusst sind. Zum Beispiel können die exogenen Eingaben 328 die Kraftmaschinendrehzahl, den Turbolader-Einlassluftdruck, die IAT und/oder einen oder mehrere andere Parameter enthalten. Die Rückkopplungseingaben 330 können z. B. eine geschätzte Drehmomentausgabe der Kraftmaschine 102, einen Auslassdruck unterstromig der Turbine 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 enthalten. Die Rückkopplungseingaben 330 können unter Verwendung von Sensoren (z. B. die IAT) gemessen werden und/oder können auf der Grundlage eines oder mehrerer anderer Parameter geschätzt werden.
• Zum Beispiel kann das Vorhersagemodul 323 die vorhergesagten Parameter für einen gegebenen Satz möglicher Sollwerte auf der Grundlage der folgenden Beziehungen erzeugen: $$x\left(k+1\right)=Ax\left(k\right)+Bu\left(k\right);$$

  

  und $$y\left(k\right)=Cx\left(k\right),$$

  

  wobei k eine aktuelle Steuerschleife ist, x(k+1) ein Vektor mit Einträgen ist, die Zustände der Kraftmaschine 102 für eine nächste Steuerschleife k+1 angeben, A eine Matrix ist, die konstante Werte enthält, die auf der Grundlage der Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind, x(k) ein Vektor mit Einträgen ist, die Zustände der Kraftmaschine 102 für die aktuelle Steuerschleife angeben, B eine Matrix ist, die konstante Werte enthält, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind, u(k) ein Vektor ist, der Einträge für die möglichen Sollwerte für die aktuelle Steuerschleife enthält, y(k) ein Vektor ist, der die vorhergesagten Parameter für die aktuelle Steuerschleife enthält, und C eine Matrix ist, die konstante Werte enthält, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind. Der während der aktuellen Steuerschleife bestimmte Vektor x(k+1) wird während der nächsten Steuerschleife als der Vektor x(k) verwendet. Somit könnten die Beziehungen als: $$x\left(k\right)=Ax\left(k-1\right)+Bu\left(k-1\right);$$

  

  und $$y\left(k\right)=Cx\left(k\right),$$

  

  geschrieben werden, wobei k eine aktuelle 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 enthält, 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 aktuelle Steuerschleife angeben, B eine Matrix ist, die konstante Werte enthält, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind, u(k-1) ein Vektor ist, der Einträge für die möglichen Sollwerte für die letzte Steuerschleife enthält.
• 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 Verbrennungs-Phasenlageneinstellung und der vorhergesagten Verbrennungsqualität neu geschrieben werden können. Der Vektor x(k+1) kann neu geschrieben werden als: $$x\left(k+1\right)=\left[\begin{array}{c}x1\left(k+1\right)\\ x2\left(k+1\right)\\ x3\left(k+1\right)\\ x4\left(k+1\right)\\ x5\left(k+1\right)\\ x6\left(k+1\right)\end{array}\right],$$

  

  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 neu geschrieben werden als: $$A=\left[\begin{array}{cccccc}a11& a12& a13& a14& a15& a16\\ a21& a22& a23& a24& a25& a26\\ a31& a32& a33& a34& a35& a36\\ a41& a42& a43& a44& a45& a46\\ a51& a52& a53& a54& a55& a56\\ a61& a62& a63& a64& a65& a66\end{array}\right],$$

  

  wobei a11-a66 konstante Werte sind, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind.
• Der Vektor x(k) kann neu geschrieben werden als: $$x\left(k\right)=\left[\begin{array}{c}x1\left(k\right)\\ x2\left(k\right)\\ x3\left(k\right)\\ x4\left(k\right)\\ x5\left(k\right)\\ x6\left(k\right)\end{array}\right],$$

  

  wobei x1(k) der erste Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die aktuelle Steuerschleife ist, x2(k) der zweite Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die aktuelle Steuerschleife ist, x3(k) der dritte Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die aktuelle Steuerschleife ist, x4(k) der vierte Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die aktuelle Steuerschleife ist, x5(k) der fünfte Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die aktuelle Steuerschleife ist und x6(k) der sechste Zustandsparameter der Kraftmaschine 102 für die aktuelle Steuerschleife ist. Die Einträge des Vektors x(k) sind die während der vorhergehenden Steuerschleife berechneten Einträge des Vektors x(k+1). Die während der aktuellen Steuerschleife berechneten Einträge des Vektors x(k+1) werden während der nächsten Steuerschleife als die Einträge des Vektors x(k) verwendet.
• Die Matrix B kann neu geschrieben werden als: $$B=\left[\begin{array}{cccccc}b11& b12& b13& b14& b15& b16\\ b21& b22& b23& b24& b25& b26\\ b31& b32& b33& b34& b35& b36\\ b41& b42& b43& b44& b45& b46\\ b51& b52& b53& b54& b55& b56\\ b61& b62& b63& b64& b65& b66\end{array}\right],$$

  

  wobei b11-b65 konstante Werte sind, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind.
• Der Vektor u(k) kann neu geschrieben werden als: $$u\left(k\right)=\left[\begin{array}{c}PTT\\ PTWG\\ PTEGR\\ PTICP\\ PTECP\end{array}\right],$$

  

  wobei PTT eine mögliche Soll-Drosselklappenöffnung einer möglichen Sequenz für die aktuelle Steuerschleife ist, PTWG eine mögliche Soll-Ladedruckregelventil-Öffnung der möglichen Sequenz für die aktuelle Steuerschleife ist, PTEGR eine mögliche Soll-AGR-Öffnung der möglichen Sequenz für die aktuelle Steuerschleife ist, PTICP ein möglicher Soll-Einlassnocken-Phasenlageneinstellungswert der möglichen Sequenz für die aktuelle Steuerschleife ist und PTECP ein möglicher Soll-Auslassnocken-Phasenlageneinstellungswert der möglichen Sequenz für die aktuelle Steuerschleife ist.
• Der Vektor y(k) kann neu geschrieben werden als: $$y\left(k\right)=\left[\begin{array}{c}PT\\ PAPC\\ PED\\ PRD\\ PCP\\ PCQ\end{array}\right],$$

  

  wobei PT ein vorhergesagtes Drehmoment der Kraftmaschine 102 für die aktuelle Steuerschleife ist, PAPC eine vorhergesagte APC der Kraftmaschine 102 für die aktuelle Steuerschleife ist, PED eine vorhergesagte Menge der externen Verdünnung für die aktuelle Steuerschleife ist, PRD eine vorhergesagte Menge der Restverdünnung für die aktuelle Steuerschleife ist, PCP eine vorhergesagte Verbrennungs-Phasenlageneinstellung für die aktuelle Steuerschleife ist und PCQ eine vorhergesagte Verbrennungsqualität für die aktuelle Steuerschleife ist.
• Die Matrix C kann neu geschrieben werden als: $$C=\left[\begin{array}{cccccc}c11& c12& c13& c14& c15& c16\\ c21& c22& c23& c24& c25& c26\\ c31& c32& c33& c34& c35& c36\\ c41& c42& c43& c44& c45& c46\\ c51& c52& c53& c54& c55& c56\\ c61& c62& c63& c64& c65& c66\end{array}\right],$$

  

  wobei c11-c66 konstante Werte sind, die auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibriert sind.
• 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 Verbrennungs-Phasenlageneinstellung und die vorhergesagte Verbrennungsqualität enthalten, neu geschrieben werden als: $$\begin{array}{l}\left[\begin{array}{c}x1\left(k+1\right)\\ x2\left(k+1\right)\\ x3\left(k+1\right)\\ x4\left(k+1\right)\\ x5\left(k+1\right)\\ x6\left(k+1\right)\end{array}\right]=\\ \left[\begin{array}{cccccc}a11& a12& a13& a14& a15& a16\\ a21& a22& a23& a24& a25& a26\\ a31& a32& a33& a34& a35& a36\\ a41& a42& a43& a44& a45& a46\\ a51& a52& a53& a54& a55& a56\\ a61& a62& a63& a64& a65& a66\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x1\left(k\right)\\ x2\left(k\right)\\ x3\left(k\right)\\ x4\left(k\right)\\ x5\left(k\right)\\ x6\left(k\right)\end{array}\right]+\\ \left[\begin{array}{cccccc}b11& b12& b13& b14& b15& b16\\ b21& b22& b23& b24& b25& b26\\ b31& b32& b33& b34& b35& b36\\ b41& b42& b43& b44& b45& b46\\ b51& b52& b53& b54& b55& b56\\ b61& b62& b63& b64& b65& b66\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}PTT\\ PTWG\\ PTEGR\\ PTICP\\ PTECP\end{array}\right];\text{und}\end{array}$$

  

  $$\left[\begin{array}{c}PT\\ PAPC\\ PED\\ PRD\\ PCP\\ PCC\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}c11& c12& c13& c14& c15& c16\\ c21& c22& c23& c24& c25& c26\\ c31& c32& c33& c34& c35& c36\\ c41& c42& c43& c44& c45& c46\\ c51& c52& c53& c54& c55& c56\\ c61& c62& c63& c64& c65& c66\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x1\left(k\right)\\ x2\left(k\right)\\ x3\left(k\right)\\ x4\left(k\right)\\ x5\left(k\right)\\ x6\left(k\right)\end{array}\right].$$

  
• Ein Kostenmodul 332 bestimmt für jede der möglichen Sequenzen der Sollwerte 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 im Folgenden diskutiert.
• Ein Auswahlmodul 344 wählt jeweils auf der Grundlage der Kosten der möglichen Sequenzen eine der möglichen Sequenzen der Sollwerte 266-270 aus. Zum Beispiel kann das Auswahlmodul 344 diejenige 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 diejenige der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten, während die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind, auswählen.
• In verschiedenen Implementierungen kann bei der Kostenbestimmung eine Erfüllung der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen betrachtet werden. Mit anderen Worten, das Kostenmodul 332 kann die Kostenwerte ferner auf der Grundlage der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352 bestimmen. Wie im Folgenden diskutiert wird, wählt das Auswahlmodul 344 auf der Grundlage dessen, wie die Kostenwerte bestimmt werden, diejenige der möglichen Sequenzen aus, die vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352 die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 am besten erzielt, während sie die APC minimiert.
• Das Auswahlmodul 344 kann die Sollwerte 266-270 jeweils auf die Ersten der N Werte der ausgewählten möglichen Sequenz einstellen. Mit anderen Worten, das Auswahlmodul 344 kann die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 einstellen, kann die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 einstellen, kann die Soll-AGR-Öffnungsfläche 268 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Soll-AGR-Öffnungsfläche 268 einstellen, kann den Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 einstellen und kann den Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 einstellen.
• Während der nächsten Steuerschleife identifiziert das MPC-Modul 312 mögliche Sequenzen, erzeugt es die vorhergesagten Parameter für die möglichen Sequenzen, bestimmt es die Kosten jeder der möglichen Sequenzen, wählt es eine der möglichen Sequenzen aus und stellt es die Sollwerte 266-270 auf den ersten Satz der Sollwerte 266-270 in der ausgewählten möglichen Sequenz ein. Dieser Prozess wird für jede Steuerschleife fortgesetzt.
• Ein Aktorbeschränkungsmodul 360 (siehe 2) stellt für jeden der Sollwerte 266-270 die Aktorbeschränkungen 348 ein. Mit anderen Worten, das Aktorbeschränkungsmodul 360 stellt Aktorbeschränkungen für die Drosselklappe 112, Aktorbeschränkungen für das AGR-Ventil 170, Aktorbeschränkungen für das Ladedruckregelventil 162, Aktorbeschränkungen für den Einlassnocken-Phasensteller 148 und Aktorbeschränkungen für den Auslassnocken-Phasensteller 150 ein.
• Die Aktorbeschränkungen 348 für jeden der Sollwerte 266-270 können einen Maximalwert für einen zugeordneten Sollwert und einen Minimalwert für diesen Sollwert enthalten. Allgemein kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen 348 auf vorgegebene Betriebsbereiche für die zugeordneten Aktoren einstellen. Genauer kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen 348 jeweils allgemein auf vorgegebene Betriebsbereiche für die Drosselklappe 112, für das AGR-Ventil 170, für das Ladedruckregelventil 162, für den Einlassnocken-Phasensteller 148 und für den Auslassnocken-Phasensteller 150 einstellen.
• Allerdings kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 unter einigen Umständen wahlweise eine oder mehrere der Aktorbeschränkungen 348 einstellen. Zum Beispiel kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen für einen gegebenen Aktor einstellen, um den Betriebsbereich für diesen Kraftmaschinenaktor einzuengen, wenn in diesem Kraftmaschinenaktor ein Fehler diagnostiziert wird. Nur als ein anderes Beispiel kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen in der Weise einstellen, dass der Sollwert für einen gegebenen Aktor im Zeitverlauf einem vorgegebenen Plan folgt oder sich z. B. für eine Fehlerdiagnose wie etwa eine Nockenphasensteller-Fehlerdiagnose, eine Drosseldiagnose, eine AGR-Diagnose usw. um einen vorgegebenen Betrag ändert. Damit ein Sollwert im Zeitverlauf einem vorgegebenen Plan folgt oder sich um einen vorgegebenen Betrag ändert, kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 den Minimal- und den Maximalwert auf denselben Wert einstellen. Dass der Minimal- und der Maximalwert auf denselben Wert eingestellt werden, kann erzwingen, dass der entsprechende Sollwert auf denselben Wert wie der Minimal- und der Maximalwert eingestellt wird. Das Aktorbeschränkungsmodul 360 kann denselben Wert, auf den der Minimal- und der Maximalwert eingestellt sind, im Zeitverlauf variieren, um zu veranlassen, dass der Sollwert einem vorgegebenen Plan folgt.
• Ein Ausgabebeschränkungsmodul 364 (siehe 2) stellt die Ausgabebeschränkungen 352 für die vorhergesagte Drehmomentausgabe der Kraftmaschine 102, für das vorhergesagte CA50, für die vorhergesagte COV des IMEP, für die vorhergesagte Restverdünnung und für die vorhergesagte externe Verdünnung ein. Die Ausgabebeschränkungen 352 für jeden der vorhergesagten Werte können einen Maximalwert für einen zugeordneten vorhergesagten Parameter und einen Minimalwert für diesen vorhergesagten Parameter enthalten. 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 enthalten.
• Das Ausgabebeschränkungsmodul 364 kann die Ausgabebeschränkungen 352 jeweils allgemein auf vorgegebene Bereiche für die zugeordneten vorhergesagten Parameter einstellen. Allerdings kann das Ausgabebeschränkungsmodul 364 unter einigen Umständen eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 variieren. Zum Beispiel kann das Ausgabebeschränkungsmodul 364 das maximale CA50, wie etwa, wenn innerhalb der Kraftmaschine 102 Klopfen auftritt, nach spät verstellen. Als ein anderes Beispiel kann das Ausgabebeschränkungsmodul 364 die maximale COV des IMEP unter Niederlastbedingungen wie etwa während des Kraftmaschinenleerlaufs, wo eine höhere COV des IMEP notwendig sein kann, um eine gegebene Drehmomentanforderung zu erzielen, erhöhen.
• Ein Referenzmodul 368 (siehe 2) erzeugt jeweils die Referenzwerte 356 für die Sollwerte 266-270. Die Referenzwerte 356 enthalten für jeden der Sollwerte 266-270 eine Referenz. Mit anderen Worten, die Referenzwerte 356 enthalten eine Referenz-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche, eine Referenz-Drosselklappen-Öffnungsfläche, eine Referenz-AGR-Öffnungsfläche, einen Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und einen Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel.
• Das Referenzmodul 368 kann die Referenzwerte 356 z. B. auf der Grundlage der Luftdrehmomentanforderung 265 und/oder der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 bestimmen. Die Referenzwerte 356 stellen jeweils Referenzen zum Einstellen der Sollwerte 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 oder zusätzlich zum Erzeugen von Sequenzen möglicher Sollwerte und zum Bestimmen der Kosten jeder der Sequenzen kann das MPC-Modul 312 eine Sequenz möglicher Sollwerte mit den niedrigsten Kosten unter Verwendung konvexer Optimierungstechniken identifizieren. Zum Beispiel kann das MPC-Modul 312 die Sollwerte 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 Sollwerte 266-270 eine Fläche der Kostenwerte erzeugen und auf der Grundlage des Anstiegs der Kostenfläche einen Satz möglicher Sollwerte mit den niedrigsten Kosten identifizieren. Daraufhin kann das MPC-Modul 312 diesen Satz möglicher Sollwerte testen, um zu bestimmen, ob dieser Satz möglicher Sollwerte die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt.
• Falls die Aktorbeschränkungen 348 und/oder die Ausgabebeschränkungen 352 nicht erfüllt sind, wählt das MPC-Modul 312 einen anderen Satz möglicher Sollwerte mit nächstniedrigeren Kosten aus und prüft es diesen Satz möglicher Sollwerte auf Erfüllung der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352. Das MPC-Modul 312 kann diesen Prozess des Auswählens von Sätzen mit höheren Kosten und des Prüfens der Sätze auf die Erfüllung der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352 iterativ fortsetzen, bis ein Satz mit den niedrigsten Kosten, der die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt, identifiziert worden ist. Auf diese Weise wählt das MPC-Modul 312 den Satz möglicher Sollwerte mit den niedrigsten Kosten, während die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind, aus.
• Das Kostenmodul 332 kann die Kosten für die möglichen Sequenzen der Sollwerte 266-270 auf der Grundlage von Beziehungen bestimmen zwischen: dem vorhergesagten Drehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308, der vorhergesagten APC und einer vorgegebenen minimalen APC; den möglichen Sollwerten und den jeweiligen Aktorbeschränkungen 348; den anderen vorhergesagten Parametern und den jeweiligen Ausgabebeschränkungen 352; und den möglichen Sollwerten 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 (Cost) für eine mögliche Sequenz der Sollwerte 266-370 auf der Grundlage der folgenden Beziehung: $$\begin{array}{l}Cost={\displaystyle {\sum }_{i=1}^N\rho {\epsilon }^2}+{\Vert wT\cdot \left(T{P}_i-BAT{R}_i\right)\Vert }^2+{\Vert wA\cdot \left(APC{P}_i-\text{MinAPC}\right)\Vert }^2+\\ {\Vert wTV\cdot \left(PTTOi-TORef\right)\Vert }^2+{\Vert wWG\cdot \left(PTWGOi-EGORef\right)\Vert }^2+\\ {\Vert wEGR\cdot \left(PTEGROi-EGRORef\right)\Vert }^2+{\Vert wIP\cdot \left(PTICPi-ICPRef\right)\Vert }^2+\\ {\Vert wEP\cdot \left(PTECPi-ECPRef\right)\Vert }^2,\end{array}$$

  

  vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352, bestimmen. Kosten sind die Kosten für die mögliche Sequenz der Sollwerte 266-270, TPi ist das vorhergesagte Drehmoment der Kraftmaschine 102 für die 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. In verschiedenen Implementierungen kann die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 für alle N Steuerschleifen verwendet werden. Wie im Folgenden diskutiert wird, kann alternativ BATR₁ die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 sein und können BATR₂ - BATR_N ein Satz zukünftiger Drehmomentanforderungen für die Künftigen der N Steuerschleifen sein. APCPi ist eine vorhergesagte APC für die i-te der N Steuerschleifen, MinAPC ist die vorgegebene minimale APC und wA ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen der vorhergesagten APC und der vorgegebenen minimalen APC zugeordnet ist.
• PTTOi ist eine mögliche Soll-Drosselklappenöffnung für die i-te der N Steuerschleifen, TORef ist die Referenz-Drosselklappenöffnung und wTV ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Soll-Drosselklappenöffnungen und der Referenz-Drosselklappenöffnung zugeordnet ist. PTWGOi ist eine mögliche Soll-Ladedruckregelventil-Öffnung für die i-te der N Steuerschleifen, WGORef ist die Referenz-Ladedruckregelventil-Öffnung und wWG ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungen und der Referenz-Ladedruckregelventil-Öffnung zugeordnet ist.
• PTEGROi ist eine mögliche Soll-AGR-Öffnung für die i-te der N Steuerschleifen, EGRRef ist die Referenz-AGR-Öffnung und ein wEGR ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Soll-AGR-Öffnungen und der Referenz-AGR-Öffnung zugeordnet ist. PTICi ist ein möglicher Soll-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 Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und dem Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel zugeordnet ist. PTECi ist ein möglicher Soll-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 Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel und dem Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel zugeordnet ist.
• ρ ist ein Gewichtungswert, der der Erfüllung der Ausgabebeschränkungen 352 zugeordnet ist. ε ist ein Variablenwert, den das Kostenmodul 332 auf der Grundlage dessen einstellen kann, ob die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind. Zum Beispiel kann das Kostenmodul 332 ε 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 ε auf null einstellen. ρ kann größer als der Gewichtungswert wT, als der Gewichtungswert wA und als die anderen Gewichtungswerte (wTV, wWG, wEGR, wIP, wEP) sein, so dass die für eine mögliche Sequenz bestimmten Kosten groß sind, falls eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 nicht erfüllt sind. Dies kann die Auswahl einer möglichen Sequenz verhindern helfen, wenn eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 nicht erfüllt sind.
• Der Gewichtungswert wT kann größer als der Gewichtungswert wA und die Gewichtungswerte wTV, wWG, wEGR, wIP und wEP sein. Wie im Folgenden diskutiert wird, hat die Beziehung zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 auf diese Weise eine größere Wirkung auf die Kosten und somit auf die Auswahl einer der möglichen Sequenzen. Während die Differenz zwischen den vorhergesagten Kraftmaschinendrehmomenten und den Drehmomentanforderungen zunimmt, nehmen die Kosten zu, und umgekehrt.
• Der Gewichtungswert wA kann kleiner als der Gewichtungswert wT und größer als die Gewichtungswerte wTV, wWG, wEGR, wIP und wEP sein. Auf diese Weise hat die Beziehung zwischen der vorhergesagten APC und null eine große Wirkung, aber weniger als die Beziehung zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308, auf die Kosten. Während die Differenz zwischen der vorhergesagten APC und der vorgegebenen minimalen APC zunimmt, nehmen die Kosten zu, und umgekehrt. Nur beispielhaft kann die vorgegebene minimale APC null oder ein anderer geeigneter Wert sein.
• Die Bestimmung der Kosten auf der Grundlage der Differenz zwischen der vorhergesagten APC und der vorgegebenen minimalen APC hilft sicherzustellen, dass die APC minimiert wird. Da die Kraftstoffbeaufschlagung auf der Grundlage der tatsächlichen APC gesteuert wird, verringert das Verringern der APC den Kraftstoffverbrauch, um ein Soll-Luft/Kraftstoff-Gemisch zu erzielen. Während das Auswahlmodul 344 diejenige der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten auswählen kann, kann das Auswahlmodul 344 diejenige der möglichen Sequenzen auswählen, die die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 am besten erzielt, während sie die APC minimiert. Obwohl das Beispiel der Minimierung der APC diskutiert ist, kann in verschiedenen Implementierungen ein Wirkungsgradparameter vorhergesagt und maximiert werden. Der Wirkungsgradparameter kann z. B. das vorhergesagte Drehmoment, dividiert durch die vorhergesagte APC, sein.
• Die Gewichtungswerte wTV, wWG, wEGR, wIP und wEP können kleiner als alle anderen Gewichtungswerte sein. Auf diese Weise können die Sollwerte 266-270 während des stationären Betriebs jeweils in der Nähe der oder bei den Referenzwerten 356 ausregeln. Allerdings kann das MPC-Modul 312 die Sollwerte 266-270 während des Übergangsbetriebs von den Referenzwerten 356 entfernt einstellen, um die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zu erzielen, während die APC minimiert wird und die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind.
• Im Betrieb kann das MPC-Modul 312 die Kostenwerte für die möglichen Sequenzen bestimmen. Daraufhin kann das MPC-Modul 312 diejenige der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten auswählen. Nachfolgend kann das MPC-Modul 312 bestimmen, ob die ausgewählte mögliche Sequenz die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt. Wenn das der Fall ist, kann die mögliche Sequenz verwendet werden. Wenn das nicht der Fall ist, bestimmt das MPC-Modul 312 auf der Grundlage der ausgewählten möglichen Sequenz eine mögliche Sequenz, die die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt und die niedrigsten Kosten besitzt. Das MPC-Modul 312 kann diejenige mögliche Sequenz verwenden, die die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt und die niedrigsten Kosten besitzt.
• Nun in 4 ist ein Ablaufplan dargestellt, der ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern der Drosselklappe 112, des Einlassnocken-Phasenstellers 148, des Auslassnocken-Phasenstellers 150, des Ladedruckregelventils 162 (und somit des Turboladers) und des AGR-Ventils 170 unter Verwendung der MPC (Modellvorhersagesteuerung) zeigt. Die Steuerung kann bei 404 beginnen, wo das Drehmomentanforderungsmodul 224 auf der Grundlage der eingestellten vorhergesagten Drehmomentanforderungen und der eingestellten Sofort-Drehmomentanforderungen 263 und 264 die Luftdrehmomentanforderung 265 bestimmt.
• Bei 408 kann das Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 die Luftdrehmomentanforderung 265 zur Verwendung durch das MPC-Modul 312 in die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 oder in irgendeinen anderen geeigneten Drehmomenttyp umsetzen. Wie im Folgenden diskutiert wird, werden bei 408 ebenfalls künftige Drehmomentanforderungen eingestellt. Bei 412 bestimmt das Sequenzbestimmungsmodul 316 auf der Grundlage der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 mögliche Sequenzen der Sollwerte 266-270.
• Bei 416 bestimmt das Vorhersagemodul 323 für jede der möglichen Sequenzen von Sollwerten die vorhergesagten Parameter. Das Vorhersagemodul 323 bestimmt die vorhergesagten Parameter für die möglichen Sequenzen auf der Grundlage des Modells 324 der Kraftmaschine 102, der exogenen Eingaben 328 und der Rückkopplungseingaben 330. Genauer erzeugt das Vorhersagemodul 323 auf der Grundlage einer möglichen Sequenz der Sollwerte 266-270, der exogenen Eingaben 328 und der Rückkopplungseingaben 330 unter Verwendung des Modells 324 eine Sequenz vorhergesagter Drehmomente der Kraftmaschine 102 für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter APCs für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter Mengen externer Verdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter Mengen Restverdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter Verbrennungs-Phasenlageneinstellungswerte für die N Steuerschleifen und eine Sequenz vorhergesagter Verbrennungsqualitätswerte für die N Steuerschleifen.
• Bei 420 bestimmt das Kostenmodul 332 jeweils die Kosten für die möglichen Sequenzen. Nur beispielhaft kann das Kostenmodul 332 die Kosten (Cost) für eine mögliche Sequenz der Sollwerte 266-270 wie oben diskutiert auf der Grundlage der Gleichung $$\begin{array}{l}Cost={\displaystyle {\sum }_{i=1}^N\rho {\epsilon }^2}+{\Vert wT\cdot \left(T{P}_i-BAT{R}_i\right)\Vert }^2+{\Vert wA\cdot \left(APC{P}_i-\text{MinAPC}\right)\Vert }^2\\ +{\Vert wTV\cdot \left(PTTOi-TORef\right)\Vert }^2+{\Vert wWG\cdot \left(PTWGOi-EGORef\right)\Vert }^2+\\ {\Vert wEGR\cdot \left(PTEGROi-EGRORef\right)\Vert }^2+\\ {\Vert wIP\cdot \left(PTICPi-ICPRef\right)\Vert }^2+{\Vert wEP\cdot \left(PTECPi-ECPRef\right)\Vert }^2,\end{array}$$

  

  vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352, bestimmen.
• Bei 424 wählt das Auswahlmodul 344 auf der Grundlage der Kosten der möglichen Sequenzen jeweils eine der möglichen Sequenzen der Sollwerte 266-270 aus. Zum Beispiel kann das Auswahlmodul 344 diejenige der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten, während sie die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt, auswählen. Somit kann das Auswahlmodul 344 diejenige der möglichen Sequenzen, die die Drehmomentanforderungen am besten erzielt, während sie die APC minimiert und die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt, auswählen. Anstelle oder zusätzlich zur Bestimmung möglicher Sequenzen der Sollwerte 230-244 bei 412 und zur Bestimmung der Kosten jeder der Sequenzen bei 420 kann das MPC-Modul 312 wie oben diskutiert eine Sequenz möglicher Sollwerte mit den niedrigsten Kosten unter Verwendung konvexer Optimierungstechniken identifizieren.
• Bei 425 kann das MPC-Modul 312 bestimmen, ob die Ausgewählte der möglichen Sequenzen die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt. Falls 425 wahr ist, kann die Steuerung bei 428 fortfahren, falls 425 falsch ist, kann das MPC-Modul 312 bei 426 auf der Grundlage der ausgewählten möglichen Sequenz eine mögliche Sequenz bestimmen, die die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt und die niedrigsten Kosten besitzt, und kann die Steuerung bei 428 fortfahren. Wie im Folgenden diskutiert wird, kann diejenige mögliche Sequenz verwendet werden, die die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt und die niedrigsten Kosten besitzt.
• Bei 428 setzt das erste Umsetzungsmodul 272 die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 in den Soll-Tastgrad 274 um, der an das Ladedruckregelventil 162 angelegt werden soll, setzt das zweite Umsetzungsmodul 276 die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 in den Soll-Tastgrad 278 um, der an die Drosselklappe 112 angelegt werden soll. Außerdem setzt das dritte Umsetzungsmodul 280 bei 428 die Soll-AGR-Öffnungsfläche 268 in den Soll-Tastgrad 282 um, der an das AGR-Ventil 170 angelegt werden soll. Außerdem kann das vierte Umsetzungsmodul den Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und 270 in den Soll-Einlasstastgrad und in den Soll-Auslasstastgrad umsetzen, der an den Einlassnocken-Phasensteller bzw. an den Auslassnocken-Phasensteller 148 bzw. 150 angelegt werden soll.
• Bei 432 steuert das Drosselaktormodul 116 die Drosselklappe 112, um die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 zu erzielen, und steuert das Phasensteller-Aktormodul 158 den Einlassnocken-Phasensteller und den Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150, um den Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 269 bzw. 270 zu erzielen. Zum Beispiel kann das Drosselaktormodul 116 ein Signal mit dem Soll-Tastgrad 278 an die Drosselklappe 112 anlegen, um die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 zu erzielen. Außerdem steuert das AGR-Aktormodul 172 das AGR-Ventil 170 bei 432, um die Soll-AGR-Öffnungsfläche 268 zu erzielen, und steuert das Ladedruckaktormodul 164 das Ladedruckregelventil 162, um die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 zu erzielen. Zum Beispiel kann das AGR-Aktormodul 172 ein Signal mit dem Soll-Tastgrad 282 an das AGR-Ventil 170 anlegen, um die Soll-AGR-Öffnungsfläche 268 zu erzielen, und kann das Ladedruckaktormodul 164 ein Signal mit dem Soll-Tastgrad 274 an das Ladedruckregelventil 162 anlegen, um die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 zu erzielen. Obwohl 4 nach 432 endend gezeigt ist, kann 4 eine Steuerschleife darstellen und können die Steuerschleifen mit einer vorgegebenen Rate ausgeführt werden.
• Wieder anhand von 2 und 3 kann das Referenzmodul 368 die Referenzwerte 356 ferner auf der Grundlage einer oder mehrerer anderer Eingaben wie etwa eines Hochschaltindikators 380 bestimmen. Das Getriebesteuermodul 194 erzeugt den Hochschaltindikator 380, um anzugeben, dass das Getriebesteuermodul 194 ein Hochschalten des Getriebes ausführen wird.
• 5 ist ein beispielhafter Graph, der beispielhafte Kurven für die Kraftmaschinendrehzahl 504, für die Kraftmaschinen-Drehmomentausgabe 506, für die Basis-Luftdrehmomentanforderung 508, für das geschätzte Luftdrehmoment 510, das durch die Kraftmaschine 102 erzielt wurde, falls die optimale Zündfunkenzeiteinstellung verwendet wurde, für die Zündfunken-Drehmomentanforderung 512, für die Drosselklappenöffnung 516, für den volumetrischen Wirkungsgrad 520, für den MAP 524, für die Auslassnockenöffnung 532 und für die Einlassnockenöffnung 536 im Zeitverlauf 528 für ein Hochschalten enthält. Nun anhand von 2, 3 und 5 umfasst ein Hochschalten eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses innerhalb des Getriebes zu einem niedrigeren Übersetzungsverhältnis. Um denselben Betrag an Achsdrehmoment bei dem niedrigeren Übersetzungsverhältnis aufrechtzuerhalten, ist eine Erhöhung des Kraftmaschinendrehmoments notwendig. Dies ist in 5 durch 506 dargestellt.
• Hochschaltungen umfassen eine Drehmomentphase und eine Trägheitsphase. Die Drehmomentphase tritt in 5 zwischen den Zeitpunkten 540 und 544 auf. Die Trägheitsphase tritt nach der Drehmomentphase auf und tritt in 5 zwischen den Zeitpunkten 544 und 548 auf. Während der Drehmomentphase eines Hochschaltens bereitet das Getriebesteuermodul 194 eine oder mehrere herankommende Reibungsvorrichtungen (z. B. Kupplungen) auf das Ausführen des Hochschaltens vor. Während der Trägheitsphase werden eine oder mehrere weggehende Reibungskupplungen gelöst und werden die eine oder die mehreren herankommenden Reibungskupplungen vollständig angelegt, um das Hochschalten auf das niedrigere Übersetzungsverhältnis abzuschließen.
• Um den gewünschten Betrag des Achsdrehmoments aufrechtzuerhalten, während sowohl die herankommende als auch die weggehende Reibungsvorrichtung Drehmoment empfangen, sollte das Kraftmaschinendrehmoment erhöht werden, während die eine oder die mehreren herankommenden Reibungsvorrichtungen während der Drehmomentphase eines Hochschaltens eingerückt werden. Die Erhöhung des Kraftmaschinendrehmoments könnte durch Erhöhen der Luftströmung in die Kraftmaschine 102 wie etwa durch Öffnen der Drosselklappe 112 erzielt werden.
• Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann das Referenzmodul 368 den Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel für ein Hochschalten des Getriebes wahlweise einstellen. Das Getriebesteuermodul 194 kann den Hochschaltindikator 380 eine erste vorgegebene Zeitdauer vor dem Beginn der Drehmomentphase des Hochschaltens erzeugen. In Ansprechen auf den Hochschaltindikator 380 stellt das Referenzmodul 368 während der ersten vorgegebenen Zeitdauer vor der Drehmomentphase den Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel auf der Grundlage eines ersten Betrags der Ventilüberlappung und eines ersten volumetrischen Wirkungsgrads (VE) ein. Wie oben diskutiert wurde, stellt das Referenzmodul 368 die Referenzwerte 356 so ein, dass zusammen ermöglicht wird, dass die Kraftmaschine 102 z. B. die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 erzielt. Die Ventilüberlappung kann sich auf die Zeitdauer beziehen, in der sowohl das Auslass- als auch das Einlassventil eines Zylinders offen sind, wenn der Kolben in der Nähe des TDC des Ausstoßtakts eines Verbrennungszyklus ist und des Ansaugtakts des nächsten Verbrennungszyklus eines Zylinders ist. Der volumetrische Wirkungsgrad kann sich auf eine relativ zu einer maximalen APC bereitgestellte APC bei gegebenem Druck innerhalb des Einlasskrümmers 110 beziehen.
• Auf der Grundlage der Einstellung des Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkels und des Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkels wählt das Auswahlmodul 344 auf der Grundlage des ersten Betrags der Ventilüberlappung und des ersten volumetrischen Wirkungsgrads einen Satz möglicher Sollwerte vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 356 so nah wie möglich aus, um den ersten Betrag der Ventilüberlappung und den ersten volumetrischen Wirkungsgrad bereitzustellen, bevor die Drehmomentphase des Hochschaltens beginnt. Genauer sind die Kosten möglicher Sollwerte, die Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel enthalten, die näher dem Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und dem Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel sind, kleiner als die Kosten möglicher Sollwerte, die Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel enthalten, die weiter von dem Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und dem Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel entfernt sind. Somit wählt das Auswahlmodul 344 einen Satz möglicher Sollwerte aus, die Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel enthalten, die näher zu dem Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und zu dem Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel sind. Dies ist in 5 durch die beispielhaften Auslass- und Einlassventilöffnungen 532 und 536 vor dem Zeitpunkt 540 dargestellt.
• Während der Drehmomentphase des Hochschaltens nimmt die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zu. Dies ist durch die beispielhafte Basis-Luftdrehmomentanforderung 508 zwischen den Zeitpunkten 540 und 544 angegeben. Die Zündfunken-Drehmomentanforderung 512 kann während der Drehmomentphase gleich der Basis-Luftdrehmomentanforderung 508 eingestellt werden, so dass die Zündfunkenzeiteinstellung auf die optimale Zündfunkenzeiteinstellung eingestellt wird.
• Während der Drehmomentphase des Hochschaltens stellt das Referenzmodul 368 den Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel auf der Grundlage eines zweiten Betrags der Ventilüberlappung, eines zweiten volumetrischen Wirkungsgrads und eines ersten effektiven Hubraums ein. Der zweite Betrag der Ventilüberlappung ist kleiner als der erste Betrag der Ventilüberlappung und der zweite volumetrische Wirkungsgrad ist größer als der erste volumetrische Wirkungsgrad. Auf den effektiven Hubraum kann ebenfalls als effektives Verdichtungsverhältnis Bezug genommen werden.
• Im Ergebnis der Verwendung dieses Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkels und dieses Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkels wählt das Auswahlmodul 344 während der Drehmomentphase des Hochschaltens vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 356 einen Satz möglicher Sollwerte aus, die eine niedrigere Ventilüberlappung, einen höheren effektiven Hubraum und einen höheren volumetrischen Wirkungsgrad bereitstellen. Zum Beispiel kann der Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel nach spät verstellt werden und/oder kann der Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel nach früh verstellt werden, um während der Drehmomentphase eine niedrigere Ventilüberlappung, einen höheren effektiven Hubraum und einen höheren volumetrischen Wirkungsgrad bereitzustellen. Dies ist durch die beispielhaften Auslass- und Einlassventilöffnungen 532 und 536 und durch den beispielhaften volumetrischen Wirkungsgrad 520 zwischen den Zeitpunkten 540 und 544 in 5 dargestellt.
• Außerdem kann das Referenzmodul 368 während der Drehmomentphase des Hochschaltens die Referenz-Drosselklappen-Öffnungsfläche erhöhen, so dass das Auswahlmodul 344 den Satz möglicher Sollwerte auswählt, um die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 ebenfalls zu erhöhen. Dies ist durch die Erhöhung der beispielhaften Drosselklappenöffnung 516 zwischen den Zeitpunkten 540 und 544 in 5 dargestellt. Obwohl das Erhöhen der Referenz-Drosselklappenöffnung während der Drehmomentphase diskutiert ist, kann die Referenz-Drosselklappenöffnung während der Drehmomentphase aufrechterhalten werden oder in einem kleineren Umfang erhöht werden. Das Getriebesteuermodul 194 kann die Drehmomentphase des Hochschaltens während einer zweiten vorgegebenen Zeitdauer ausführen.
• Während der Trägheitsphase des Hochschaltens nimmt die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 ab und später zu. Dies ist durch die beispielhafte Basis-Luftdrehmomentanforderung 508 zwischen den Zeitpunkten 544 und 548 dargestellt. Während der Trägheitsphase kann die Zündfunken-Drehmomentanforderung 512 auf weniger als die Basis-Luftdrehmomentanforderung 508 eingestellt werden, so dass die Zündfunkenzeiteinstellung nach spät verstellt wird. Diese Verringerungen und späteren Erhöhungen können das Hochschalten glätten.
• Während der Trägheitsphase des Hochschaltens stellt das Referenzmodul 368 den Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel auf der Grundlage eines dritten Betrags der Ventilüberlappung, eines dritten volumetrischen Wirkungsgrads und eines zweiten effektiven Hubraums ein. Der dritte Betrag der Ventilüberlappung ist kleiner als der erste Betrag der Ventilüberlappung und kann kleiner als der zweite Betrag der Ventilüberlappung sein. Der dritte volumetrische Wirkungsgrad ist kleiner als der zweite volumetrische Wirkungsgrad. Der zweite effektive Hubraum ist kleiner als der erste effektive Hubraum.
• Im Ergebnis der Verwendung dieses Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkels und dieses Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkels wählt das Auswahlmodul 344 während der Trägheitsphase des Hochschaltens vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352 einen Satz möglicher Sollwerte aus, die so nahe wie möglich die niedrigere Ventilüberlappung, den niedrigeren effektiven Hubraum und den niedrigeren volumetrischen Wirkungsgrad bereitstellen. Zum Beispiel kann während der Trägheitsphase der Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel nach spät verstellt werden und/oder der Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel nach früh verstellt werden, um eine niedrigere Ventilüberlappung, einen niedrigeren effektiven Hubraum und einen niedrigeren volumetrischen Wirkungsgrad bereitzustellen. Dies ist durch die beispielhafte Auslassventilöffnung und Einlassventilöffnung 532 und 536 zwischen den Zeitpunkten 544 und 548 in 5 dargestellt. Das Getriebesteuermodul 194 kann die Trägheitsphase des Hochschaltens während einer dritten vorgegebenen Zeitdauer ausführen.
• Außerdem kann das Referenzmodul 368 die Referenz-Drosselklappen-Öffnungsfläche verringern, wenn die Trägheitsphase beginnt, und die Referenz-Drosselklappen-Öffnungsfläche später während der Trägheitsphase des Hochschaltens erhöhen. Somit kann das Auswahlmodul 344 den Satz möglicher Sollwerte so auswählen, dass die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 während der Trägheitsphase ebenfalls verringert und später erhöht wird. Dies ist durch die beispielhafte Drosselklappenöffnung 516 zwischen den Zeitpunkten 544 und 548 in 5 dargestellt. Die Verringerung der Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 veranlasst, dass der beispielhafte MAP 524 abnimmt. Da das Einstellen des Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkels und/oder des Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkels 269 und 270 die Luftströmung durch die Kraftmaschine 102 während des Hochschaltens verringert, kann das Einstellen des Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkels und/oder des Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkels 269 und 270 für das Hochschalten wie oben beschrieben im Vergleich zur Ausführung des Hochschaltens durch Einstellen der Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 eine Kraftstoffwirtschaftlichkeit erhöhen.
• Nun anhand von 6 ist ein Ablaufplan dargestellt, der ein beispielhaftes Verfahren zum Einstellen der Referenzwerte 356 für ein Hochschalten zeigt. Die Steuerung kann bei 604 beginnen, wo das Referenzmodul 368 bestimmt, ob das Getriebesteuermodul 194 den Hochschaltindikator 380 für ein Hochschalten des Getriebes erzeugt hat. Falls 604 wahr ist, wird die Steuerung bei 608 fortgesetzt. Falls 604 falsch ist, verbleibt die Steuerung bei 604.
• Bei 608 stellt das Referenzmodul 368 während der ersten vorgegebenen Zeitdauer und bevor die Drehmomentphase des Hochschaltens beginnt den Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel auf der Grundlage des ersten Betrags der Ventilüberlappung und des ersten volumetrischen Wirkungsgrads ein. Wie oben beschrieben wurde, stellt das Referenzmodul 368 die Referenzwerte 356 so ein, dass sie zusammen ermöglichen, dass die Kraftmaschine 102 die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 erzielt.
• Die Kosten von Sätzen möglicher Sollwerte, die den ersten Betrag der Ventilüberlappung und den ersten volumetrischen Wirkungsgrad genauer bereitstellen, werden niedriger sein als die Kosten anderer Sätze möglicher Sollwerte, die andere Beträge der Ventilüberlappung und des volumetrischen Wirkungsgrads bereitstellen. Somit wählt das Auswahlmodul 344, bevor die Drehmomentphase des Hochschaltens beginnt, vorbehaltlich der Ausgabebeschränkungen 352 und der Aktorbeschränkungen 348, einen Satz möglicher Sollwerte aus, die den ersten Betrag der Ventilüberlappung und den ersten volumetrischen Wirkungsgrad so genau wie möglich bereitstellen.
• Bei 612 kann das Referenzmodul 368 bestimmen, ob die Drehmomentphase des Hochschaltens begonnen hat. Zum Beispiel kann das Referenzmodul 368 bestimmen, ob die erste vorgegebene Zeitdauer nach der Erzeugung des Hochschaltindikators 380 verstrichen ist. Wenn 612 wahr ist, wird die Steuerung mit 616 fortgesetzt. Falls 612 falsch ist, kann die Steuerung zu 608 zurückkehren.
• Während 616 stellt das Referenzmodul 368 den Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel auf der Grundlage des zweiten Betrags der Ventilüberlappung, des zweiten volumetrischen Wirkungsgrads und des ersten effektiven Hubraums ein. Der zweite Betrag der Ventilüberlappung ist kleiner als der erste Betrag der Ventilüberlappung und der zweite volumetrische Wirkungsgrad ist größer als der erste volumetrische Wirkungsgrad.
• Die Kosten der Sätze möglicher Sollwerte, die den zweiten Betrag der Ventilüberlappung, den zweiten volumetrischen Wirkungsgrad und den ersten effektiven Hubraum genauer bereitstellen, sind niedriger als die Kosten anderer Sätze möglicher Sollwerte, die andere Beträge der Ventilüberlappung, des volumetrischen Wirkungsgrads und des effektiven Hubraums bereitstellen. Somit wählt das Auswahlmodul 344, während die Drehmomentphase des Hochschaltens beginnt, vorbehaltlich der Ausgabebeschränkungen 352 und der Aktorbeschränkungen 348, einen Satz möglicher Sollwerte aus, die den zweiten Betrag der Ventilüberlappung, den zweiten volumetrischen Wirkungsgrad und den ersten effektiven Hubraum so genau wie möglich bereitstellen. Zum Beispiel kann während der Drehmomentphase der Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel nach spät verstellt werden und/oder der Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel nach früh verstellt werden, um eine niedrigere Ventilüberlappung, eine höhere effektive Verdrängung und einen höheren volumetrischen Wirkungsgrad bereitzustellen. Außerdem kann das Referenzmodul 368 bei 616 die Referenz-Drosselklappen-Öffnungsfläche erhöhen, so dass das Auswahlmodul 344 den Satz möglicher Sollwerte außerdem zum Erhöhen der Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 auswählt.
• Bei 620 kann das Referenzmodul 368 bestimmen, ob die Trägheitsphase des Hochschaltens begonnen hat. Zum Beispiel kann das Referenzmodul 368 bestimmen, ob die zweite vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist, seit die Drehmomentphase des Hochschaltens begonnen hat. Falls 620 wahr ist, wird die Steuerung bei 624 fortgesetzt. Falls 620 falsch ist, kann die Steuerung zu 616 zurückkehren.
• Bei 624 stellt das Referenzmodul 368 den Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel auf der Grundlage des dritten Betrags der Ventilüberlappung, des dritten volumetrischen Wirkungsgrads und der zweiten effektiven Verdrängung ein. Der dritte Betrag der Ventilüberlappung ist kleiner als der erste Betrag der Ventilüberlappung und kann kleiner als der zweite Betrag der Ventilüberlappung sein. Der dritte volumetrische Wirkungsgrad ist kleiner als der zweite volumetrische Wirkungsgrad. Die zweite effektive Verdrängung ist kleiner als der erste effektive Hubraum.
• Die Kosten von Sätzen möglicher Sollwerte, die den dritten Betrag der Ventilüberlappung, den dritten volumetrischen Wirkungsgrad und die zweite effektive Verdrängung genauer bereitstellen, werden niedriger sein als die Kosten anderer Sätze möglicher Sollwerte, die andere Beträge der Ventilüberlappung, des volumetrischen Wirkungsgrads und des effektiven Hubraums bereitstellen. Somit wählt das Auswahlmodul 344, während die Trägheitsphase des Hochschaltens beginnt, vorbehaltlich der Ausgabebeschränkungen 352 und der Aktorbeschränkungen 348, einen Satz möglicher Sollwerte aus, die den dritten Betrag der Ventilüberlappung, den dritten volumetrischen Wirkungsgrad und die zweite effektive Verdrängung so genau wie möglich bereitstellen. Zum Beispiel kann während der Trägheitsphase der Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel nach spät verstellt werden und/oder der Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel nach früh verstellt werden, um eine niedrigere Ventilüberlappung, eine niedrigere effektive Verdrängung und einen niedrigeren volumetrischen Wirkungsgrad bereitzustellen.
• Außerdem kann das Referenzmodul 368 während der Trägheitsphase des Hochschaltens die Referenz-Drosselklappen-Öffnungsfläche verringern und später die Referenz-Drosselklappen-Öffnungsfläche erhöhen. Somit kann das Auswahlmodul 344 den Satz möglicher Sollwerte während der Trägheitsphase ebenfalls so auswählen, dass die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 verringert wird und später erhöht wird.
• Bei 628 kann das Referenzmodul 368 bestimmen, ob das Hochschalten abgeschlossen ist. Zum Beispiel kann das Referenzmodul 368 bestimmen, ob die dritte vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist, seit die Trägheitsphase des Hochschaltens begonnen hat. Falls 628 wahr ist, kann die Steuerung enden. Falls 628 falsch ist, kann die Steuerung zu 628 zurückkehren. Das Beispiel aus 4 wird parallel mit 6 ausgeführt. Auf diese Weise werden die eingestellten Referenzwerte 356 von dem MPC-Modul 312 verwendet, um jeweils die Sollwerte 266-270 für das Hochschalten einzustellen.
• Wieder anhand von 2 und 3 kann ein Modul 380 für künftige Anforderung außer dem Einstellen der Referenzwerte 356 für ein Hochschalten oder als eine Alternative zum Einstellen der Referenzwerte 356 für ein Hochschalten künftige Drehmomentanforderungen 348 einstellen und kann das Ausgabebeschränkungsmodul 364 eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 für ein Hochschalten einstellen. Wie oben diskutiert wurde, werden die Kostenwerte auf der Grundlage der Beziehungen jeweils zwischen den vorhergesagten Drehmomenten für die künftigen der N Steuerschleifen und den Drehmomentanforderungen für jene N Steuerschleifen vorhergesagt. Die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 wird für die nächste der N Steuerschleifen (d. h. für i = 1) erzeugt.
• Das Modul 380 für künftige Anforderungen stellt die künftigen Drehmomentanforderungen 384 für die künftigen N Steuerschleifen (d. h. für i = 2, ..., N), die in 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 wie oben diskutiert auf der Grundlage der künftigen Drehmomentanforderungen 384 (BTAR_i, wobei i = 2, ..., N ist) bestimmt.
• Zwischen den Zeitpunkten, zu denen Hochschaltungen ausgeführt werden, kann das Modul 380 künftiger Anforderungen bestimmen, dass die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 während der N Steuerschleifen näherungsweise konstant bleibt, und die künftigen Drehmomentanforderungen 384 gleich der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 einstellen. Das Modul 380 künftiger Anforderungen kann die künftigen Drehmomentanforderungen 384 für eine oder mehrere der N Steuerschleifen für ein Hochschalten variieren.
• Zum Beispiel kann das Modul 380 künftiger Anforderungen die künftigen Drehmomentanforderungen 384 gleich der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308, bevor die Drehmomentphase des Hochschaltens beginnt, einstellen. In 5 ist dies dadurch dargestellt, dass die Kurve 560 konstant bleibt, bevor die Drehmomentphase des Hochschaltens beginnt.
• Während der Drehmomentphase des Hochschaltens kann das Modul 380 künftiger Anforderungen die künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf der Grundlage der erwarteten Verringerung der Basis-Drehmomentanforderung 308 für die Trägheitsphase einstellen. Dies ist durch die Verringerung der Kurve 560 zwischen den Zeitpunkten 540 und 544 in 5 dargestellt.
• Auf der Grundlage dessen, dass die künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf der Grundlage der erwarteten Verringerung kleiner als die Basis-Drehmomentanforderung 308 eingestellt werden, bevor die Verringerung auftritt, wählt das MPC-Modul 312 Sätze möglicher Sollwerte aus, die die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 erzielen und die die Kraftmaschine 102 über das Einstellen des Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkels 269 und/oder des Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkels 270 auf die Verringerung der Drehmomentausgabe vorbereiten, um die erwartete Verringerung zu erzielen. Dies ist so, da das Erzielen der erwarteten Verringerung durch Einstellen des Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkels 269 und/oder des Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkels 270 schneller als das Erzielen der erwarteten Verringerung durch Einstellen eines oder mehrerer anderer Sollwerte sein kann. Somit werden die vorhergesagten Drehmomente, die sich aus der Verwendung einer möglichen Sequenz ergeben, die das Vorbereiten der Kraftmaschine 102 auf das Erzielen der erwarteten Verringerung durch Einstellen des Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkels 269 und/oder des Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkels 270 umfasst, die künftigen Drehmomentanforderungen 384 genauer als andere mögliche Sequenzen nachführen.
• Wenn die Verringerung der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 auftritt, wählt das MPC-Modul 312 auf der Grundlage der Verringerung eine Sequenz aus, die den Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und/oder den Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 einstellt. Diese Einstellung des Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkels 269 und/oder des Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkels 270 verringert den volumetrischen Wirkungsgrad, die Ventilüberlappung und/oder die effektive Verdrängung, um die Drehmomentausgabe der Kraftmaschine 102 zu verringern.
• Während der Trägheitsphase des Hochschaltens kann das Modul 380 künftiger Anforderungen die künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf der Grundlage der erwarteten Erhöhung der Basis-Drehmomentanforderung 308 einstellen, die später während der Trägheitsphase des Hochschaltens auftritt. Dies ist durch die Zunahme der Kurve 560 zwischen den Zeitpunkten 544 und 548 dargestellt. Wenn die Trägheitsphase des Hochschaltens abgeschlossen ist, kann das Modul 380 künftiger Anforderungen die künftigen Drehmomentanforderungen 384 gleich der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 einstellen.
• Auf der Grundlage dessen, dass die künftigen Drehmomentanforderungen 384 auf der Grundlage der erwarteten Erhöhung größer als die Basis-Drehmomentanforderung 308 eingestellt werden, bevor die Erhöhung auftritt, wählt das MPC-Modul 312 Sätze möglicher Sollwerte aus, die die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 erzielen und die Kraftmaschine 102 über das Einstellen des Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkels 269 und/oder des Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkels 270 auf die Erhöhung der Drehmomentausgabe vorzubereiten, um die erwartete Erhöhung zu erzielen. Dies ist so, da das Erzielen der erwarteten Erhöhung durch Einstellen des Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkels 269 und/oder des Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkels 270 schneller als das Erzielen der erwarteten Erhöhung durch Einstellen eines oder mehrerer anderer Sollwerte sein kann. Somit werden die vorhergesagten Drehmomente, die sich aus der Verwendung einer möglichen Sequenz ergeben, die das Vorbereiten der Kraftmaschine 102 auf das Erzielen der erwarteten Erhöhung durch Einstellen des Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkels 269 und/oder des Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkels 270 umfasst, die künftigen Drehmomentanforderungen 384 genauer als andere mögliche Sequenzen nachführen.
• Wenn die Erhöhung der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 auftritt, wählt das MPC-Modul 312 auf der Grundlage der Erhöhung eine Sequenz aus, die den Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und/oder den Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 einstellt. Diese Einstellung des Soll-Einlassnocken-Phasenstellerwinkels 269 und/oder des Soll-Auslassnocken-Phasenstellerwinkels 270 erhöht den volumetrischen Wirkungsgrad und/oder die effektive Verdrängung, um die Drehmomentausgabe der Kraftmaschine 102 zu erhöhen.
• Außerdem kann das Ausgabebeschränkungsmodul 364 eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 für das Hochschalten variieren. Zum Beispiel kann das Ausgabebeschränkungsmodul 364 den Minimalwert und den Maximalwert der externen Verdünnung während des gesamten Hochschaltens auf null einstellen. Außerdem kann das Ausgabebeschränkungsmodul 364 die minimale Restverdünnung und die maximale Restverdünnung während des gesamten Hochschaltens auf eine vorgegebene minimale Restverdünnung für die Betriebsbedingungen (z. B. Phasenstellerwinkel, Kraftmaschinendrehzahl und Kraftmaschinenlast) einstellen. Wie oben diskutiert wurde, beeinflusst die Erfüllung der Ausgabebeschränkungen 352 die Kostenwerte und somit die Auswahl einer möglichen Sequenz zur Verwendung.
• 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 analog/digitale diskrete Schaltung; auf eine digitale, analoge oder gemischt analog/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 enthalten.
• Der Begriff Code, wie er oben verwendet ist, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode enthalten 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 enthalten 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 werden, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme enthalten durch einen Prozessor ausführbare Anweisungen, die in wenigstens einem nichtflüchtigen konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können außerdem gespeicherte Daten enthalten und/oder sich auf sie stützen.

Claims (9)

1. Kraftmaschinensteuerverfahren für ein Fahrzeug, wobei das Steuerverfahren umfasst: Einstellen einer Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder einer Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung für ein Hochschalten eines Getriebes, Verwenden eines Modellvorhersagesteuermoduls (MPC-Moduls) zum: Identifizieren von Sätzen möglicher Sollwerte auf der Grundlage einer Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung, wobei jeder der möglichen Sätze eine mögliche Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung und eine mögliche Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung enthält; Auswählen eines der Sätze möglicher Sollwerte auf der Grundlage von (i) Vergleichen der möglichen Soll-Einlassventil-Zeiteinstellungen der Sätze mit der Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und (ii) Vergleichen der möglichen Soll-Auslassventil-Zeiteinstellungen der Sätze mit der Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung; Einstellen einer Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung auf der Grundlage der möglichen Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung des Ausgewählten der Sätze; und Einstellen einer Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung auf der Grundlage der möglichen Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung des Ausgewählten der Sätze; und Steuern der Einlassventil-Phasenlageneinstellung einer Kraftmaschine auf der Grundlage der Soll-Einlassventil-Zeiteinstellung und Steuern der Auslassventil-Phasenlageneinstellung der Kraftmaschine auf der Grundlage der Soll-Auslassventil-Zeiteinstellung.
2. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner das Einstellen der Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder der Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung auf der Grundlage eines ersten Betrags der Einlass- und Auslassventilüberlappung und eines ersten volumetrischen Wirkungsgrads während einer vorgegebenen Zeitdauer vor einer Drehmomentphase des Hochschaltens umfasst.
3. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 2, das ferner das Einstellen der Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder der Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung auf der Grundlage eines zweiten Betrags der Einlass- und Auslassventilüberlappung und eines zweiten volumetrischen Wirkungsgrads während der Drehmomentphase des Hochschaltens umfasst.
4. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 3, wobei der erste Betrag der Einlass- und der Auslassventilüberlappung größer als der zweite Betrag der Einlass- und der Auslassventilüberlappung ist, und wobei der zweite volumetrische Wirkungsgrad größer als der erste volumetrische Wirkungsgrad ist.
5. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 3, das ferner das Einstellen der Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung und/oder der Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung auf der Grundlage eines dritten Betrags der Einlass- und der Auslassventilüberlappung und eines dritten volumetrischen Wirkungsgrads während einer Trägheitsphase des Hochschaltens, die auf die Drehmomentphase folgt, umfasst.
6. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 5, wobei der dritte Betrag der Einlass- und der Auslassventilüberlappung kleiner als der zweite Betrag der Einlass- und der Auslassventilüberlappung ist, und wobei der dritte volumetrische Wirkungsgrad kleiner als der zweite volumetrische Wirkungsgrad ist.
7. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 5, das ferner das Verstellen der Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung nach spät und das Verstellen der Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung nach früh für das Hochschalten während der Trägheitsphase des Hochschaltens umfasst.
8. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 2, das ferner das Verstellen der Referenz-Einlassventil-Zeiteinstellung nach spät und das Verstellen der Referenz-Auslassventil-Zeiteinstellung nach früh für das Hochschalten während der Drehmomentphase des Hochschaltens umfasst.
9. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Steuern des Öffnens eines Ladedruckregelventils eines Turboladers auf der Grundlage einer Soll-Ladedruckregelventil-Öffnung, die auf der Grundlage einer möglichen Soll-Ladedruckregelventil-Öffnung des Ausgewählten der Sätze eingestellt wird; Steuern des Öffnens eines Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils) auf der Grundlage einer Soll-AGR-Öffnung, die auf der Grundlage einer möglichen Soll-AGR-Öffnung des Ausgewählten der Sätze eingestellt wird; und Steuern des Öffnens einer Drosselklappe auf der Grundlage einer Soll-Drosselklappenöffnung, die auf der Grundlage einer möglichen Soll-Drosselklappenöffnung des Ausgewählten der Sätze eingestellt wird.

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