DE102015104196B4 - Künstliche Ausgangsreferenz für eine Modellvorhersagesteuerung - Google Patents

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Abstract

Verfahren (600) zum Bereitstellen einer Drehmomentreserve (512) in einem Kraftmaschinensteuersystem (100, 102, 114) für ein Fahrzeug, das eine Modellvorhersagesteuerung (MPC-Steuerung) anwendet, wobei das Verfahren (600) umfasst:Empfangen vorhergesagter Drehmomentanforderungen (263) und Sofortdrehmomentanforderungen (264)(608);selektives Empfangen vorhergesagter Reserve/Lastenanforderungen (294) (608);Bestimmen, ob irgendwelche vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen (294) empfangen wurden (612);wenn die vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen (294) nicht empfangen wurden (612=N), Erzeugen einer Luftdrehmomentanforderung (265) basierend auf den vorhergesagten Drehmomentanforderungen (263) und Sofortdrehmomentanforderungen (264)(620);wenn die vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen (294) empfangen wurden (612=J), Bestimmen eines Signals für künstliche Drehmomentreferenz (292) basierend auf den vorhergesagten Drehmomentanforderungen (263) und Sofortdrehmomentanforderungen (264)(620), den vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen (294) und der Luftdrehmomentanforderung (265)(616) in einem Modul (408) für künstliche Drehmomentreferenz;wobei das Signal für künstliche Drehmomentreferenz (292) eine Zunahme der vorhergesagten Drehmomentanforderungen (263) oder eine Abnahme der vorhergesagten Drehmomentanforderungen (263) angibt; undwenn die vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen (294) nicht empfangen wurden (612=N), Umwandeln der Luftdrehmomentanforderung (265) in eine Basis-Luftdrehmomentanforderung (308);wenn die vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen (294) empfangen wurden (612=J), Umwandeln des Signals für künstliche Drehmomentreferenz (292) in eine Basis-Luftdrehmomentanforderung (308);Liefern der Basis-Luftdrehmomentanforderung (308) an ein MPC-Modul (312);wenn die vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen (294) nicht empfangen wurden (612=N), Steuern der Drehmomentreserve (512) basierend auf der Luftdrehmomentanforderung (265) über die MPC-Steuerung (624);wenn die vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen (294) empfangen wurden (612=J), Steuern der Drehmomentreserve (512) über die MPC-Steuerung basierend auf dem Signal für künstliche Drehmomentreferenz (292) (632).

Description

  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Kraftmaschinensteuersysteme und -verfahren für Fahrzeuge.
  • Steuerungssysteme, wie Kraftmaschinensteuersysteme, weisen eine Mehrzahl von Aktoren auf, die gesteuert werden, um Betriebsparameter variieren. Beispielhafte Aktoren in einem Kraftmaschinensteuersystem umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, ein Drosselventil, Zündkerzenaktoren, Nockenphasensteller, Abgasrückführventile, ein Ladedruckregelventil, Zylinderventile oder irgendeine andere Komponente zum Variieren von Kraftmaschinenparametern. Das Kraftmaschinensteuersystem steuert die Aktoren gemäß Eingängen und gewünschten Ausgängen verschiedener Systeme.
  • Beispielsweise verbrennen Brennkraftmaschinen ein Luft- und Kraftstoff-Gemisch in Zylindern, um Kolben anzutreiben, was Antriebsdrehmoment erzeugt. Eine Luftströmung in die Kraftmaschine wird über eine Drosselklappe reguliert. Genauer stellt die Drosselklappe den Drosselungsquerschnitt ein, was die Luftströmung in die Kraftmaschine erhöht oder verringert. Wenn die Drosselklappenfläche zunimmt, nimmt der Luftdurchsatz in die Kraftmaschine zu. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate ein, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, um ein Soll-Luft/Kraftstoff-Gemisch für die Zylinder vorzusehen und/oder einen Soll-Drehmomentausgang zu erreichen. Ein Erhöhen des Betrages an Luft und Kraftstoff, der an die Zylinder geliefert wird, erhöht die Drehmomentabgabe der Kraftmaschine.
  • In funkengezündeten Kraftmaschinen löst ein Zündfunken eine Verbrennung eines Luft/Kraftstoffgemisches aus, das an die Zylinder geliefert wird. Bei kompressionsgezündeten Kraftmaschinen verbrennt eine Kompression in den Zylindern das Luft/Kraftstoff-Gemisch, das an die Zylinder geliefert wird. Zündzeitpunkt und Luftströmung können die Primärmechanismen zum Einstellen des Drehmomentausgangs von funkengezündeten Kraftmaschinen sein, während die Kraftstoffströmung den Primärmechanismus zum Einstellen des Drehmomentausgangs von kompressionsgezündeten Kraftmaschinen darstellen kann.
  • Die nachveröffentlichte DE 10 2014 110 695 A1 offenbart ein Kraftmaschinensteuerverfahren für ein Fahrzeug auf der Basis von Vorhersagemodellen, also eine MPC-Steuerung. Es ist auch vorgesehen, eine Drehmomentreserve zu bilden, um einen absehbaren Drehmomentbedarf, der aktuell aber noch nicht besteht, befriedigen zu können. Das zusätzliche Drehmoment wird bereits vor der MPC-Steuerung ermittelt und vorgegeben. In die MPC-Steuerung findet nur ein Signal Eingang, das ggf. die Drehmomentreserve berücksichtigt.
  • Aus der US 2012 / 0 116 649 A1 ist eine MPC-Steuerung für Kraftmaschinen bekannt, wobei eine Bildung von Drehmomentreserven nicht thematisiert ist.
  • Die DE 10 2011 017 414 A1 offenbart Systeme und Verfahren zur Optimalwertsteuerung eines Nockenwellen-Phasenstellers ohne MPC-Steuerung. Es werden Drehmomentreserven geschaffen, um ggf. dem zusätzlichen Drehmoment bei zugeschalteter Klimaanlage nachzukommen.
  • Die DE 10 2013 217 929 A1 offenbart Sicherungssysteme und -verfahren für eine abgestimmte Drehmomentsteuerung ohne den Einsatz von MPC-Steuerung. Falls infolge eines Betriebs einer Klimaanlage, einer Servolenkpumpe oder eines Katalysatoranspringprozesses zusätzliches Drehmoment erforderlich wird, wird eine Drehmomentreserve gebildet.
  • Die US 2011 / 0 301 723 A1 offenbart eine modelbasierte Steuerung oder MPC-Steuerung für eine Brennkraftmaschine. Die Bildung einer Drehmomentreserve ist nicht Gegenstand dieser Druckschrift.
  • Die DE 10 2009 037 191 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftmaschinensteuersystems für ein Fahrzeug. Das Verfahren umfasst ein Empfangen zumindest einer Drehmomentanforderung, ein selektives Empfangen einer vorhergesagten Drehmomentreserveanforderung; ein Bestimmen einer Luftdrehmomentanforderung basierend auf der zumindest einen Drehmomentanforderung, wenn die vorhergesagte Drehmomentreserveanforderung nicht empfangen wurde; ein Bestimmen eines Drehmomentreferenzsignals, das die vorhergesagte Drehmomentreserveanforderung angibt, wenn die vorhergesagte Drehmomentreserveanforderung empfangen wurde, wobei das Drehmomentreferenzsignal eine Zunahme oder Abnahme der vorhergesagten Drehmomentanforderung angibt; und ein Einstellen einer Drehmomentreserve basierend auf dem Drehmomentreferenzsignal. Es wird keine MPC-Steuerung verwendet.
  • Die DE 10 2009 041 686 A1 lehrt eine Strategie zur Emissionsreduzierung bei einem Kaltstart für Systeme zur Steuerung von koordiniertem Drehmoment. Es wird keine MPC-Steuerung eingesetzt, es werden aber Drehmomentreserven geschaffen.
  • Aus der DE 10 2009 051 874 A1 ist ein Verfahren zum Vermitteln von Drehmomentreserven und Lasten in einem drehmomentbasierten System bekannt. Es wird in einem Reserven/Lastenmodul zwischen verschiedenen Reserven vermittelt. Letztlich wird ein angepasstes vorausgesagtes Drehmoment zur Weiterverarbeitung in dem das Reserven/Lastenmodul enthaltenden Steuermodul ausgegeben.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Bereitstellung von Drehmomentreserven bei einer MPC-Steuerung eines Kraftmaschinensteuersystems zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die vorliegende Offenbarung wird umfassender verständlich aus der ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, in denen:
    • 1 ein Funktionsblockschaltbild eines beispielhaften Kraftmaschinensystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 2 ein Funktionsblockschaltbild eines beispielhaften Kraftmaschinensteuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 3 ein Funktionsblockschaltbild eines beispielhaften Luftsteuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 4 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Drehmomentanforderungsmoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 5A und 5B beispielhafte Zeitablaufschleifen für ein Signal für künstliche Drehmomentreferenz gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigen; und
    • 6 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens für künstliche Drehmomentreferenz gemäß der vorliegenden Offenbarung ist.
  • In den Zeichnungen können Bezugszeichen wiederverwendet sein, um ähnliche und/oder gleiche Elemente zu identifizieren.
  • Ein Steuermodul in einem Steuersystem steuert Ausgänge des Systems basierend auf einem oder mehreren Eingängen. Das Steuermodul stellt verschiedene Aktoren in dem Steuersystem zum Erreichen gewünschter Betriebsparameter basierend auf den Eingängen ein. Beispielsweise steuert das Steuermodul die Aktoren gemäß jeweiliger Zielwerte für jeden der Aktoren, um die gewünschten Betriebsparameter zu erreichen. Die Aktoren weisen typischerweise einige Aktoren auf, die ansprechen, um relativ langsam zu steuern, und einige Aktoren auf, die Ansprechen, um relativ langsam zu steuern. Demgemäß braucht das Steuersystem nicht unmittelbar auf Eingänge ansprechen, und daher können gewünschte Ausgänge (d.h. gewünschte Betriebsparameter) verzögert sein. Mit anderen Worten kann das Steuersystem möglicherweise nicht in der Lage sein, die Zielwerte für jeden der Aktoren unmittelbar zu erreichen.
  • Ein Steuermodul gemäß der vorliegenden Offenbarung implementiert eine Modellvorhersagesteuerung, um die Zielwerte zu erzeugen. Genauer identifiziert das Steuermodul mögliche Sätze von Zielwerten basierend auf Eingängen zu dem Steuersystem. Das Steuermodul bestimmt vorhergesagte Parameter für jeden der möglichen Sätze basierend auf den Zielwerten der möglichen Sätze und einem mathematischen Modell des Systems. Ferner kann das Steuermodul selektiv ein Signal für künstliche Referenz erzeugen, das vorhergesagten Eingängen entspricht. Auf diese Weise kann das Steuersystem dazu dienen, Aktoren auf Zielwerte basierend auf den vorhergesagten Eingängen zu steuern und daher schneller anzusprechen, wenn die tatsächlichen Eingänge mit den vorhergesagten Eingängen übereinstimmen.
  • Beispielsweise steuert ein Kraftmaschinensteuermodul (ECM) die Drehmomentausgabe einer Kraftmaschine. Genauer steuert das ECM jeweils Aktoren der Kraftmaschine auf der Grundlage von Zielwerten auf der Grundlage eines angeforderten Drehmomentbetrags. Zum Beispiel steuert das ECM die Einlassnockenwellen-Phasenlageneinstellung und die Auslassnockenwellen-Phasenlageneinstellung auf der Grundlage des Ziel-Einlassphasensteller- und des Ziel-Auslassphasenstellerwinkels, eine Drosselklappe auf der Grundlage einer Ziel-Drosselklappenöffnung, ein Abgasrückführungs-Ventil (AGR-Ventil) auf der Grundlage einer Ziel-AGR-Öffnung und ein Ladedruckregelventil eines Turboladers auf der Grundlage eines Ziel-Ladedruckregelventil-Tastgrads.
  • Das ECM könnte die Zielwerte unter Verwendung mehrerer Einzeleingabe-Einzelausgabe-Controller (SISO-Controller) wie etwa Proportional-Integral-Differential-Regler bzw. -Controller (PID-Regler / -Controller) einzeln bestimmen. Allerdings können die Zielwerte so eingestellt werden, dass die Systemstabilität auf Kosten möglicher Kraftstoffverbrauchverringerungen aufrechterhalten wird, wenn mehrere SISO-Controller verwendet werden. Außerdem können die Kalibrierung und der Entwurf der einzelnen SISO-Controller kostspielig und zeitaufwendig sein.
  • Ein beispielhaftes ECM, das das Signal für künstliche Referenz der vorliegenden Offenbarung implementiert, erzeugt die Zielwerte unter Verwendung einer Modellvorhersagesteuerung (MPC), wie oben beschrieben ist, und verwendet wahlweise das Signal für künstliche Drehmomentreferenz, um ein Drehmomentreserve-Management zu ermöglichen. Genauer gesagt identifiziert das ECM mögliche Sätze von Zielwerten basierend auf einer Kraftmaschinendrehmomentanforderung und / oder des Signals für künstliche Drehmomentreferenz. Das ECM bestimmt auf der Grundlage der Zielwerte der möglichen Sätze und eines mathematischen Modells der Kraftmaschine für jeden der möglichen Sätze vorhergesagte Parameter. Beispielsweise bestimmt das ECM ein vorhergesagtes Kraftmaschinenausgangsdrehmoment und eine vorhergesagte Luft pro Zylinder (APC) für jeden der möglichen Sätze von Zielwerten. Das ECM kann für jeden möglichen Satz von Zielwerten einen oder mehrere andere vorhergesagte Parameter bestimmen.
  • Das ECM kann der Verwendung jedes der Sätze zugeordnete Kosten bestimmen. Zum Beispiel können die Kosten für einen möglichen Satz, von dem vorhergesagt wird, dass er eine Kraftmaschinendrehmomentanforderung enger nachführt, niedriger als andere mögliche Sätze sein, von denen nicht erwartet wird, dass sie die Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung so eng nachführen. Das ECM kann den möglichen Satz, der die niedrigsten Kosten aufweist und der verschiedene Beschränkungen (z.B. um die APC zu minimieren) erfüllt, zur Verwendung der Steuerung der Aktoren auswählen. In verschiedenen Implementierungen kann das ECM, anstatt oder zusätzlich dazu, mögliche Sätze von Zielwerten zu identifizieren und die Kosten jedes der Sätze zu bestimmen, eine Fläche erzeugen, die die Kosten möglicher Sätze von Zielwerten repräsentiert. Daraufhin kann das ECM auf der Grundlage der Steigung der Kostenfläche denjenigen möglichen Satz, der die niedrigsten Kosten aufweist, identifizieren.
  • Mit Bezug nun auf 1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Kraftmaschinensystems 100 dargestellt. Obwohl das Kraftmaschinensystem 100 als eine beispielhafte Implementierung der MPC und des Signals für künstliche Referenz dargestellt ist, können die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung in irgendeinem Steuersystem implementiert sein, das der Steuerung der Zielwerte eines oder mehrerer Aktoren unter Verwendung von MPC zugeordnet ist, um gewünschte Betriebsparameter zu erreichen.
  • Das Kraftmaschinensystem 100 weist eine Kraftmaschine 102 auf, die ein Luft/- Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um Antriebsmoment für ein Fahrzeug auf Grundlage einer Fahrereingabe von einem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Die Kraftmaschine 102 kann eine Benzin-Fremdzündungs-Brennkraftmaschine sein.
  • Luft wird in einen Einlasskrümmer 110 durch ein Drosselventil 112 gezogen. Nur beispielhaft kann das Drosselklappenventil 112 eine Ventilklappe sein, die eine drehbare Klappe aufweist. Ein Kraftmaschinensteuermodul (ECM) 114 steuert ein Drosselaktormodul 116, das ein Öffnen des Drosselventils 112 reguliert, um die in den Einlasskrümmer 110 gezogene Menge an Luft zu steuern.
  • Luft von dem Einlasskrümmer 110 wird in die Zylinder der Kraftmaschine 102 gezogen. Während die Kraftmaschine 102 mehrere Zylinder aufweisen kann, ist zu Veranschaulichungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Nur beispielhaft kann die Kraftmaschine 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen. Das ECM 114 kann ein Zylinderaktormodul 120 anweisen, einige der Zylinder selektiv abzuschalten, was die Kraftstoffwirtschaftlichkeit unter gewissen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen verbessern kann.
  • Die Kraftmaschine 102 kann unter Verwendung eines Viertaktzyklus arbeiten. Die im Folgenden beschriebenen vier Takte können als der Einlasstakt, der Verdichtungstakt, der Arbeitstakt und der Ausstoßtakt bezeichnet werden. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) finden zwei der vier Takte in dem Zylinder 118 statt. Daher sind zwei Kurbelwellenumdrehungen notwendig, damit der Zylinder 118 allen vier der Takte ausgesetzt ist.
  • Während des Einlasstakts wird Luft von dem Einlasskrümmer 110 in den Zylinder 118 durch ein Einlassventil 122 gezogen. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoffaktormodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung regelt, um ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erzielen. Kraftstoff kann in den Einlasskrümmer 110 an einer zentralen Stelle oder an mehreren Stellen eingespritzt werden, wie nahe dem Einlassventil 122 von jedem der Zylinder. Bei verschiedenen Implementierungen (nicht gezeigt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in Mischkammern, die den Zylindern zugeordnet sind, eingespritzt werden. Das Kraftstoffaktormodul 124 kann die Einspritzung von Kraftstoff in Zylinder, die deaktiviert sind, anhalten.
  • Der eingespritzte Kraftstoff mischt sich mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 118. Während des Verdichtungstaktes komprimiert ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Ein Zündaktormodul 126 setzt eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118 auf der Grundlage eines Signals von dem ECM 114 unter Strom, was das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Die Zeiteinstellung des Zündfunkens kann im Vergleich zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben in seiner obersten Position ist, was als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird, spezifiziert werden.
  • Das Zündaktormodul 126 kann durch ein Zündzeitpunktsignal gesteuert werden, das festlegt, wie weit vor oder nach dem OT der Zündfunken erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition direkt mit der Kurbelwellendrehung in Verbindung steht, kann ein Betrieb des Zündaktormoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert sein. Die Erzeugung von Zündfunken kann als ein Zündereignis bezeichnet werden. Das Zündaktormodul 126 kann die Fähigkeit haben, den Zündzeitpunkt des Zündfunkens für jedes Zündereignis zu variieren. Wenn die Zündfunken-Zeiteinstellung zwischen einem letzten Zündereignis und dem nächsten Zündereignis geändert wird, kann das Zündaktormodul 126 die Zündfunken-Zeiteinstellung für ein nächstes Zündereignis variieren. Das Zündaktormodul 126 kann die Bereitstellung des Zündfunkens für deaktivierte Zylinder anhalten.
  • Während des Verbrennungstakts treibt die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches den Kolben weg von dem OT, wodurch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Verbrennungstakt 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 Ansaugventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Abgasventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich dem Einlassventil 122) für den Zylinder 118 steuern und/oder können die Einlassventile (einschließlich dem Einlassventil 122) mehrerer Bänke von Zylindern (einschließlich dem Zylinder 118) steuern. In ähnlicher Weise können mehrere Abgasnockenwellen (einschließlich der Abgasnockenwelle 142) mehrere Abgasventile für den Zylinder 118 steuern und/oder können Abgasventile (einschließlich dem Abgasventil 130) für mehrere Zylinderbänke (einschließlich dem Zylinder 118) steuern. Bei 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 durch Deaktivieren eines Öffnens des Einlassventils 122 und/oder des Abgasventils 130 deaktivieren.
  • Der Zeitpunkt, zu dem das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann in Bezug auf den Kolben-TDC durch einen Einlassnocken-Phasensteller 148 geändert werden. Der Zeitpunkt, zu dem das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann in Bezug auf den Kolben-TDC durch einen Auslassnocken-Phasensteller 150 geändert werden. Ein Phasenstelleraktormodul 158 kann den Einlassnockenphasensteller 148 und den Auslassnockenphasensteller 150 auf 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. Bei 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 umgeht, wodurch der durch den Turbolader bereitgestellte Ladedruck (der Betrag der Einlassluftverdichtung) verringert wird. Das Ladedruckaktormodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers dadurch steuern, dass es das Öffnen des Ladedruckregelventils 162 steuert. Bei verschiedenen Implementierungen können zwei oder mehr Turbolader 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. Obgleich 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 Abgasrückführungs-(AGR)-Ventil 170 aufweisen, das Abgas selektiv zurück an den Einlasskrümmer 110 lenkt. Das AGR-Ventil 170 kann stromaufwärts der Turbine 160-1 des Turboladers positioniert sein. 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 in der Kraftmaschine 102 oder an anderen Stellen angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert wird, wie einem Kühler (nicht gezeigt).
  • Unter Verwendung eines Krümmerabsolutdruck-Sensors (MAP-Sensors) 184 kann ein Druck innerhalb des Einlasskrümmers 110 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Kraftmaschinenunterdruck, der die Differenz zwischen Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 110 ist, gemessen werden. Unter Verwendung eines Luftmassenströmungs-Sensors (MAF-Sensors) 186 kann ein Massendurchfluss der in den Einlasskrümmer 110 strömenden Luft gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse angeordnet sein, das auch das Drosselklappenventil 112 aufweist.
  • Das Drosselklappenaktormodul 116 kann die Position des Drosselklappenventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS von engl.: „throttle position sensor“) 190 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 ein Schalten von Gängen in einem Getriebe (nicht gezeigt) zu koordinieren. Beispielsweise kann das ECM 114 ein Kraftmaschinendrehmoment während eines Gangschaltens reduzieren. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um einen Betrieb der Kraftmaschine 102 und eines Elektromotors 198 zu koordinieren.
  • Der Elektromotor 198 kann auch als ein Generator dienen und kann dazu verwendet werden, elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Fahrzeugsysteme 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 Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche zu erzielen. Das Zündaktormodul 126 steuert die Zündkerzen, um eine Ziel-Zündfunken-Zeiteinstellung relativ zum Kolben-TDC zu erzielen. Das Kraftstoffaktormodul 124 steuert die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, um Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter zu erzielen. Das Phasensteller-Aktormodul 158 kann den Einlassnocken-Phasensteller und den Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150 steuern, um Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel bzw. Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel zu erzielen. Das AGR-Aktormodul 172 kann das AGR-Ventil 170 steuern, um eine Ziel-AGR-Öffnungsfläche zu erzielen. Das Ladedruckaktormodul 164 steuert das Ladedruckregelventil 162, um eine Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche zu erzielen. Das Zylinderaktormodul 120 steuert die Zylinderdeaktivierung, um eine Ziel-Anzahl aktivierter oder deaktivierter Zylinder zu erzielen.
  • Während der Erzeugung von Zielwerten unter Verwendung von MPC implementiert sein kann, um einen der oben genannten Aktoren (oder Aktoren oder irgendein geeignetes Steuersystem) zu steuern, wird die Implementierung der MPC-Systeme und -Verfahren gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf das ECM 114 nur als Beispiel beschrieben . Das ECM 114 erzeugt die Zielwerte für die Kraftmaschinenaktoren, um zu veranlassen, dass die Kraftmaschine 102 ein Ziel-Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment erzeugt. Wie im Folgenden weiter diskutiert wird, erzeugt das ECM 114 die Zielwerte für die Kraftmaschinenaktoren unter Verwendung der Modellvorhersagesteuerung.
  • Nun Bezug nehmend auf 2 ist ein funktionales Blockschaubild 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 einer Fahrtregelung beruhen, der ein adaptives Fahrtregelsystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um einen vorgegebenen Folgeabstand einzuhalten. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann ein oder mehrere Kennfelder der Fahrpedalposition auf das Zieldrehmoment speichern und kann auf der Grundlage eines Ausgewählten der Kennfelder die Fahrerdrehmomentanforderung 254 bestimmen.
  • Ein Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 204 arbitriert zwischen der Fahrerdrehmomentanforderung 254 und anderen Achsdrehmomentanforderungen 256. Das Achsendrehmoment (Drehmoment an den Rädern) kann durch verschiedene Quellen erzeugt werden, einschließlich einer Kraftmaschine und/oder einem Elektromotor. Zum Beispiel können die Achsdrehmomentanforderungen 256 eine Drehmomentverringerung enthalten, die durch ein Traktionssteuersystem angefordert wird, wenn ein positiver Radschlupf detektiert wird. Ein positiver Radschlupf findet statt, wenn ein Achsendrehmoment eine Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche überwindet und die Räder beginnen, gegen die Straßenfläche zu rutschen. 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. Bremsmanagementanforderungen können ein Achsendrehmoment reduzieren, um sicherzustellen, dass das Achsendrehmoment die Fähigkeit der Bremsen zum Halten des Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug gestoppt wird, nicht überschreitet. Fahrzeugübergeschwindigkeitsdrehmomentanforderungen können das Achsendrehmoment reduzieren, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet. 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 Sofortdrehmomentanforderung 258 aus. Wie im Folgenden beschrieben wird, können die vorhergesagte Drehmomentanforderung und die Sofortdrehmomentanforderung 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 Sofortdrehmomentanforderung 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 Sofortdrehmomentanforderung 258 zu erzeugen. Allerdings können verschiedene Kombinationen von Zielwerten zu demselben Achsdrehmoment führen. Somit kann das ECM 114 die Zielwerte so einstellen, dass ein schnellerer Übergang zu der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 ermöglicht wird, während das Achsdrehmoment weiterhin bei der Zieldrehmomentanforderung 258 gehalten wird.
  • Bei 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 Sofortdrehmomentanforderung 258 auf weniger als die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 eingestellt werden. In diesem Fall kann ein Traktionssteuersystem (nicht gezeigt) über die Sofortdrehmomentanforderung 258 eine Verringerung anfordern, wobei das ECM 114 die Kraftmaschinendrehmomentausgabe auf die Sofortdrehmomentanforderung 258 verringert. In diesem Fall führt das ECM 114 die Reduzierung aus, so dass das Kraftmaschinensystem 100 schnell die Erzeugung der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 wiederaufnehmen kann, sobald der Radschlupf stoppt.
  • Allgemein gesagt kann die Differenz zwischen der Sofortdrehmomentanforderung 258 und der (allgemein höheren) vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 als eine Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die Drehmomentreserve kann den Betrag an zusätzlichem Drehmoment (über der Sofortdrehmomentanforderung 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 Zielwerte 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 Zielwerts von einer Position zu einer anderen zu bewegen. Ein langsamer Aktor kann durch die Zeitdauer charakterisiert werden, die es dauert, damit sich das Achsdrehmoment zu ändern beginnt, wenn der langsame Aktor den geänderten Zielwert zu implementieren beginnt. Allgemein ist dieser Zeitbetrag 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. Funkenzündungsmaschinen können durch Anwenden eines Zündfunkens Kraftstoffe verbrennen, einschließlich beispielsweise Benzin und Ethanol. 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 Zielwert 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 so lange nicht als eine Zunahme des Kraftmaschinenausgangsdrehmoments realisiert, bis der Zylinder 118 zusätzliche Luft in dem nächsten Ansaugtakt aufnimmt, die zusätzliche Luft komprimiert und den Verbrennungstakt 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 Sofortdrehmomentanforderung 258 eingestellt werden, die kleiner als die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 ist. Obgleich die Drosselklappenöffnung ausreichend Luftströmung erzeugt, damit die Kraftmaschine 102 die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 erzeugt, wird die Zündfunken-Zeiteinstellung auf der Grundlage der Sofortdrehmomentanforderung 258 nach spät verstellt (was das Drehmoment verringert). Somit wird das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment gleich der Sofortdrehmomentanforderung 258.
  • Wenn ein zusätzliches Drehmoment notwendig ist, kann die Zündfunken-Zeiteinstellung auf der Grundlage der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 oder eines Drehmoments zwischen der vorhergesagten Drehmomentanforderung und der Sofortdrehmomentanforderung 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 Sofortdrehmomentanforderung 258 an ein Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 ausgeben. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 204 die vorhergesagte Drehmomentanforderung und die Sofortdrehmomentanforderung 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 Sofortdrehmomentanforderung 259 bzw. 260 an das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 aus. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Hybridoptimierungsmodul 208 in dem Hybridsteuermodul 196 implementiert sein.
  • Die vorhergesagten Drehmomentanforderung und Sofort-Drehmomentanforderung, die von dem Vortriebsdrehmomentarbitrierungsmodul 206 empfangen werden, werden von einer Achsendrehmomentdomäne (Drehmoment an den Rädern) in eine Vortriebsdrehmomentdomäne (Drehmoment an der Kurbelwelle) umgesetzt. Diese Umsetzung kann vor, nach, als Teil von oder anstelle des Hybridoptimierungsmoduls 208 stattfinden.
  • Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 arbitriert zwischen Vortriebsdrehmomentanforderungen 290, die die umgesetzten vorhergesagten Drehmomentanforderungen und Sofortdrehmomentanforderungen enthalten. Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 erzeugt eine arbitrierte vorhergesagte Drehmomentanforderung 261 und eine arbitrierte Sofortdrehmomentanforderung 262. Die arbitrierten Drehmomentanforderungen 261 und 262 können durch Auswählen einer gewinnenden Anforderung aus empfangenen Drehmomentanforderungen erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich können die arbitrierten Drehmomentanforderungen dadurch erzeugt werden, dass eine der empfangenen Anforderungen auf der Grundlage einer oder mehrerer anderer der empfangenen Drehmomentanforderungen abgeändert 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 Kraftmaschinenausgangsdrehmoment 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 eine Detektion eines Fahrzeugdiebstahls, eines verklemmten Anlassermotors, Probleme einer elektronischen Drosselklappensteuerung sowie unerwartete Drehmomentzunahmen aufweisen. Bei verschiedenen Implementierungen wählt, wenn eine Kraftmaschinenabschaltanforderung vorhanden ist, die Arbitrierung die Kraftmaschinenabschaltanforderung als die gewinnende Anforderung. Wenn die Kraftmaschinenabschaltanforderung vorhanden ist, kann das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 als die arbitrierte vorhergesagte Drehmomentanforderung und als die arbitrierte Sofortdrehmomentanforderung 261 und 262 null ausgeben.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann eine Kraftmaschinenabschaltanforderung die Kraftmaschine 102 separat von dem Arbitrierungsprozess einfach abschalten. Das Vortriebsdrehmomentarbitrierungsmodul 206 kann dennoch die Kraftmaschinenabschaltanforderung empfangen, so dass beispielsweise geeignete Daten zurück zu anderen Drehmomentanforderern zurückgeführt werden können. Zum Beispiel können alle anderen Drehmomentanforderungseinrichtungen informiert werden, dass sie die Arbitrierung verloren haben.
  • Das Reserven/Lasten-Modul 220 empfängt die arbitrierte vorhergesagte Drehmomentanforderung und die arbitrierte Sofortdrehmomentanforderung 261 und 262. Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann die arbitrierte vorhergesagte Drehmomentanforderung und die arbitrierte Sofortdrehmomentanforderung 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 Sofortdrehmomentanforderung 263 und 264 an das Drehmomentanforderungsmodul 224 aus.
  • Nur beispielhaft können 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 Sofortdrehmomentanforderung 264 erhöhen, um für den Kaltstartemissions-Verringerungsprozess einen nach spät verstellten Zündfunken zu erzeugen. Bei einem anderen Beispiel können das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine und/oder der Luftmassenstrom direkt variiert werden, wie durch diagnostische intrusive Äquivalenzverhältnisprüfung und/oder neue Kraftmaschinenspülung. Vor einem Beginn dieser Prozesse kann eine Drehmomentreserve erzeugt oder erhöht werden, um Abnahmen des Kraftmaschinenausgangsdrehmomentes schnell zu kompensieren, die aus einem Magerwerden des Luft/Kraftstoff-Gemisches während dieser Prozesse resultieren.
  • Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann auch eine Drehmomentreserve in Erwartung einer zukünftigen Last erzeugen oder erhöhen, wie einen Betrieb der Servolenkungspumpe oder den Eingriff einer Kupplung des Klimaanlagen-(A/C)-Verdichters. Die Reserve zum Eingriff der A/C-Verdichterkupplung kann erzeugt werden, wenn der Fahrer zuerst einen Klimaanlagenbetrieb anfordert. Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung 263 erhöhen, während es die eingestellte Sofortdrehmomentanforderung 264 ungeändert lässt, um die Drehmomentreserve zu erzeugen. Wenn die A/C-Verdichterkupplung daraufhin eingerückt wird, kann das Reserven/Lasten-Modul 220 die eingestellte Sofortdrehmomentanforderung 264 um die geschätzte Last der A/C-Verdichterkupplung erhöhen.
  • Das Drehmomentanforderungsmodul 224 empfängt die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung und die eingestellte Sofortdrehmomentanforderung 263 und 264. Das Drehmomentanforderungsmodul 224 bestimmt, wie die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung und die eingestellte Sofortdrehmomentanforderung 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.
  • Bei 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. Beispielsweise können Kraftmaschinentypen Funkenzündung und Kompressionszündung aufweisen. 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 Sofortdrehmomentanforderung 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 Zielwerte für Luftströmungssteuerungs-Kraftmaschinenaktoren bestimmt. Genauer bestimmt das Luftsteuermodul 228 auf der Grundlage der Luftdrehmomentanforderung 265 eine Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266, eine Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267, eine Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268, einen Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und einen Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270. Wie im Folgenden weiter diskutiert wird, bestimmt das Luftsteuermodul 228 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266, die Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267, die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268, den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 unter Verwendung einer Modellvorhersagesteuerung.
  • Das Ladedruckaktormodul 164 steuert das Ladedruckregelventil 162, um die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 zu erzielen. Zum Beispiel kann ein erstes Umsetzungsmodul 272 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 in einen Ziel-Tastgrad 274 umsetzen, der an das Ladedruckregelventil 162 angelegt werden soll, und kann das Ladedruckaktormodul 164 auf der Grundlage des Ziel-Tastgrads 274 ein Signal an das Ladedruckregelventil 162 anlegen. Bei verschiedenen Implementierungen kann das erste Umsetzungsmodul 272 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 in eine Ziel-Ladedruckregelventil-Position (nicht gezeigt) umsetzen und die Ziel-Ladedruckregelventil-Position in den Ziel-Tastgrad 274 umsetzen.
  • Das Drosselaktormodul 116 steuert die Drosselklappe 112, um die Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 zu erzielen. Zum Beispiel kann ein zweites Umsetzungsmodul 276 die Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 in einen Ziel-Tastgrad 278 umsetzen, der an die Drosselklappe 112 angelegt werden soll, und kann das Drosselaktormodul 116 auf der Grundlage des Ziel-Tastgrads 278 ein Signal an die Drosselklappe 112 anlegen. Bei verschiedenen Implementierungen kann das zweite Umsetzungsmodul 276 die Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 in eine Ziel-Drosselklappenposition (nicht gezeigt) umsetzen und die Ziel-Drosselklappenposition in den Ziel-Tastgrad 278 umsetzen.
  • Das AGR-Aktormodul 172 steuert das AGR-Ventil 170, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 zu erzielen. Zum Beispiel kann ein drittes Umsetzungsmodul 280 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 in einen Ziel-Tastgrad 282 umsetzen, der an das AGR-Ventil 170 angelegt werden soll, und kann das AGR-Aktormodul 172 auf der Grundlage des Ziel-Tastgrads 282 ein Signal an das AGR-Ventil 170 anlegen. Bei verschiedenen Implementierungen kann das dritte Umsetzungsmodul 280 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 in eine Ziel-AGR-Position (nicht gezeigt) umsetzen und die Ziel-AGR-Position in den Ziel-Tastgrad 282 umsetzen.
  • Das Phasensteller-Aktormodul 158 steuert den Einlassnocken-Phasensteller 148, um den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 zu erzielen. Außerdem steuert das Phasensteller-Aktormodul 158 den Auslassnocken-Phasensteller 150, um den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 zu erzielen. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein viertes Umsetzungsmodul (nicht gezeigt) enthalten sein und den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel in einen Ziel-Einlasstastgrad bzw. in einen Ziel-Auslasstastgrad umsetzen. Das Phasensteller-Aktormodul 158 kann den Ziel-Einlasstastgrad und den Ziel-Auslasstastgrad an den Einlassnocken-Phasensteller und an den Auslassnocken-Phasensteller 148 bzw. 150 anlegen. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Luftsteuermodul 228 einen Ziel-Überlappungsfaktor und einen effektiven Zielhubraum bestimmen und kann das Phasensteller-Aktormodul 158 den Einlassnocken-Phasensteller und den Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150 steuern, um den Ziel-Überlappungsfaktor und den effektiven Zielhubraum zu erzielen.
  • Außerdem kann das Drehmomentanforderungsmodul 224 auf der Grundlage der vorhergesagten Drehmomentanforderung und der Sofortdrehmomentanforderung 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 die Drehmomentbeziehung umgekehrt werden, um sie nach einer Ziel-Zündfunken-Zeiteinstellung 286 aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (TReq) kann die Ziel-Zündfunken-Zeiteinstellung (ST) 286 auf der Grundlage von: S T = f − 1 ( T Req , APC , I , E , AF , OT , # ) ,
    Figure DE102015104196B4_0001
    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 ausgeführt 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) sein. MBT entspricht einem maximalen Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment, das für eine gegebene Luftströmung erzeugt wird, während die Zündzeiteinstellung 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 Zündzeiteinstellung, bei der das maximale Drehmoment auftritt, wird als eine MBT-Zündzeiteinstellung bezeichnet. Zum Beispiel wegen der Kraftstoffqualität (wie etwa, wenn Kraftstoff mit einer niedrigeren Oktanzahl verwendet wird) und Umgebungsfaktoren, wie etwa der Umgebungsfeuchtigkeit und Umgebungstemperatur, kann sich die optimale Zündzeiteinstellung geringfügig von der MBT-Zündzeiteinstellung unterscheiden. Somit kann das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment bei der optimalen 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 Zielanzahl zu deaktivierender Zylinder 287 zu bestimmen. Bei verschiedenen Implementierungen kann eine Zielanzahl zu aktivierender Zylinder verwendet werden. Das Zylinderaktormodul 120 aktiviert und deaktiviert wahlweise auf der Grundlage der Zielanzahl 287 die Ventile von Zylindern.
  • Außerdem kann das Zylindersteuermodul 236 das Kraftstoffsteuermodul 240 anweisen, das Bereitstellen von Kraftstoff für deaktivierte Zylinder anzuhalten, und das 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 Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 288 erzeugen. Die Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 288 können z. B. eine Zielmasse des Kraftstoffs, eine Ziel-Einspritzanfangszeiteinstellung und eine Zielanzahl 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 Ziel-Kraftstoffmasse bestimmen, die eine stöchiometrische Verbrennung liefert, wenn sie mit einer aktuellen Masse der Luft pro Zylinder (APC) kombiniert wird.
  • Das Drehmomentanforderungsmodul 224 gibt selektiv ein Signal für künstliche Drehmomentreferenz 292 gemäß der vorliegenden Offenbarung anstelle der Luftdrehmomentanforderung 265 aus. Das Drehmoment-Referenzsignal 292 kann einer vorhergesagten Lastanforderung entsprechen und kann auf vorhergesagten Drehmomentreserve / Lastanforderungen 294 basieren, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, die Reserven / Lastenanforderungen, die dem Reserven/ Lastenmodul 220 bereitgestellt werden. Zum Beispiel können die vorhergesagten Reserven / Lastenanforderungen 294 auf Angaben künftiger Änderungen der Drehmomentanforderung, die von dem Getriebesteuermodul 194 empfangen werden, Luftklimatisierungsanforderungen oder irgendwelchen anderen Anforderungen basieren, die eine künftige Drehmomentänderung erfordern. Wenn das Drehmomentanforderungsmodul 224 bestimmt, dass eine oder mehrere der vorhergesagten Reserven / Lastanforderungen 294 einen erhöhten oder verringerten Betrag an Reservedrehmoment erfordern, kann das Drehmomentanforderungsmodul 224 das Signal für künstliche Drehmomentreferenz 292 anstelle der Luftdrehmomentanforderung 265 ausgeben. Auf diese Weise steuert das Luftsteuermodul 228 einen oder mehrere der Zielwerte 266 - 270 gemäß dem Signal für künstliche Drehmomentreferenz, um in der Lage zu sein, schneller Drehmomentreserveanforderungen zu erfüllen, wenn die Luftdrehmomentanforderung 265 nachträglich erhöht / verringert wird, um das Signal für künstliche Drehmomentreferenz 292 anzupassen.
  • 3 ist ein Funktionsblockschaltbild einer beispielhaften Implementierung des Luftsteuermoduls 228. Nun anhand von 2 und 3 kann die Luftdrehmomentanforderung 265 wie oben diskutiert ein Bremsdrehmoment sein. Ein Drehmomentumsetzungsmodul 304 setzt die Luftdrehmomentanforderung 265 von Bremsmoment in Basisdrehmoment um. Die Drehmomentanforderung, die sich aus der Umsetzung in das Basisdrehmoment ergibt, wird als eine Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 bezeichnet. Alternativ erhält das Drehmomentumwandlungsmodul 304 das Signal für künstliche Drehmomentreferenz 292 und wandelt das Signal für künstliche Drehmomentreferenz 292 in die Basisluftdrehmomentanforderung 308 um.
  • 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 oder das Signal für künstliche Drehmomentreferenz 292 z. B. unter Verwendung eines Kennfelds oder einer Funktion, die die Bremsdrehmomente mit Basisdrehmomenten in Beziehung setzt, in die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 umsetzen. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 die Luftdrehmomentanforderung 265 oder das Signal für künstliche Drehmomentreferenz 292 in einen anderen geeigneten Drehmomenttyp wie etwa in ein angegebenes 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 eines MPC- (Modellvorhersagesteuerungs-) Schemas die Zielwerte 266-270. Das MPC-Modul 312 kann ein einzelnes Modul sein oder kann mehrere Module umfassen. Zum Beispiel kann das MPC-Modul 312 ein Sequenzbestimmungsmodul 316 enthalten. Das Sequenzbestimmungsmodul 316 bestimmt mögliche Sequenzen der Zielwerte 266-270, die während N künftiger Steuerschleifen zusammen verwendet werden können.
  • Ein Vorhersagemodul 323 bestimmt auf der Grundlage eines (mathematischen) Modells 324 der Kraftmaschine 102, exogener Eingaben 328 und Rückkopplungseingaben 330 jeweils das vorhergesagte Ansprechen der Kraftmaschine 102 auf die möglichen Sequenzen der Zielwerte 266—270. Genauer erzeugt das Vorhersagemodul 323 auf der Grundlage einer möglichen Sequenz der Zielwerte 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.
  • Das Modell 324 kann z. B. eine auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibrierte Funktion oder kalibriertes Kennfeld 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 (auch als interne Verdünnung bezeichnet) kann sich auf Abgas, das in einem Zylinder verbleibt, und/oder auf Abgas beziehen, das nach dem Ausstoßtakt eines Verbrennungszyklus in den Zylinder zurückgetrieben wird.
  • Die Verbrennungs-Phasenlageneinstellung kann sich auf eine Kurbelwellenposition, bei der eine vorgegebene Menge eingespritzten Kraftstoffs innerhalb eines Zylinders verbrannt wird, im Vergleich zu einer vorgegebenen Kurbelwellenposition für die Verbrennung der vorgegebenen Menge von injiziertem Kraftstoff 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. Obgleich die Verbrennungs-Phasenlageneinstellung hinsichtlich CA50-Werten diskutiert ist, kann irgendein geeigneter Parameter verwendet werden, der die Verbrennungs-Phasenlageneinstellung angibt. Obgleich die Verbrennungsqualität als Variationskoeffizient (COV) indizierter mittlerer effektiver 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 umfassen. Die Rückkopplungseingaben 330 können z. B. eine geschätzte Drehmomentausgabe der Kraftmaschine 102, einen Auslassdruck stromabwärts der Turbine 160-1 des Turboladers, die IAT, eine APC der Kraftmaschine 102, eine geschätzte Restverdünnung, eine geschätzte externe Verdünnung und/oder einen 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.
  • Jede der möglichen durch das Sequenzbestimmungsmodul 316 identifizierten Sequenzen enthält für jeden der Zielwerte 266-270 eine Sequenz von N Werten. Mit anderen Worten, jede mögliche Sequenz enthält eine Sequenz von N Werten für die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266, eine Sequenz von N Werten für die Ziel -Drosselklappen-Öffnungsfläche 267, eine Sequenz von N Werten für die Ziel -AGR-Öffnungsfläche 268, eine Sequenz von N Werten für den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und eine Sequenz von N Werten für den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270. Jeder der N Werte ist für eine Entsprechende der N künftigen Steuerschleifen. N ist eine ganze Zahl größer oder gleich eins.
  • Ein Kostenmodul 332 bestimmt für jede der möglichen Sequenzen der Zielwerte 266-270 auf der Grundlage der vorhergesagten Parameter, die für eine mögliche Sequenz bestimmt worden sind, und der Ausgangsreferenzwerte 356 einen Kostenwert. Eine beispielhafte Kostenbestimmung wird im Folgenden weiter diskutiert.
  • Ein Auswahlmodul 344 wählt jeweils auf der Grundlage der Kosten der möglichen Sequenzen eine der möglichen Sequenzen der Zielwerte 266-270 aus. Zum Beispiel kann das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten, während die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind, auswählen.
  • Bei 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 weiter diskutiert wird, wählt das Auswahlmodul 344 auf der Grundlage dessen, wie die Kostenwerte bestimmt werden, die eine der möglichen Sequenzen aus, die vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352 die Basis-Luftdrehmomentanforderung 208 am besten erzielt, während sie die APC minimiert.
  • Das Auswahlmodul 344 kann die Zielwerte 266-270 jeweils auf die Ersten der N Werte der ausgewählten möglichen Sequenz einstellen. Mit anderen Worten, das Auswahlmodul 344 kann die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 einstellen, kann die Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 einstellen, kann die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 einstellen, kann den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 einstellen und kann den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 einstellen.
  • Während einer nächsten Steuerschleife identifiziert das MPC-Modul 312 mögliche Sequenzen, erzeugt 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 Sätze der Zielwerte 266-270 auf den ersten Satz der Zielwerte 266-270 in der ausgewählten möglichen Sequenz ein. Dieser Prozess wird für jede Steuerschleife fortgesetzt.
  • Ein Aktorbeschränkungsmodul 360 (siehe 2) stellt für jeden der Zielwerte 266-270 eine der Aktorbeschränkungen 348 ein. Mit anderen Worten, das Aktorbeschränkungsmodul 360 stellt eine Aktorbeschränkung für die Drosselklappe 112, eine Aktorbeschränkung für das AGR-Ventil 170, eine Aktorbeschränkung für das Ladedruckregelventil 162, eine Aktorbeschränkung für den Einlassnocken-Phasensteller 148 und eine Aktorbeschränkung für den Auslassnocken-Phasensteller 150 ein.
  • Die Aktorbeschränkungen 348 für jeden der Zielwerte 266-270 können einen Maximalwert für einen zugeordneten Zielwert und einen Minimalwert für diesen Zielwert enthalten. Allgemein kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen 348 auf vorgegebene Betriebsbereiche für die zugeordneten Aktoren einstellen. Genauer kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen 348 jeweils allgemein auf vorgegebene Betriebsbereiche für 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 Zielwert 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 Zielwert im Zeitverlauf einem vorgegebenen Plan folgt oder sich um einen vorgegebenen Betrag ändert, kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 den Minimal- und den Maximalwert auf denselben Wert einstellen. Dass der Minimal- und der Maximalwert auf denselben Wert eingestellt werden, kann erzwingen, dass der entsprechende Zielwert auf dieselben Werte 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 Zielwert einem vorgegebenen Plan folgt.
  • Ein Ausgabebeschränkungsmodul 364 (siehe 2) stellt die Ausgabebeschränkungen 352 für die vorhergesagte Drehmomentausgabe der Kraftmaschine 102, für das vorhergesagte CA50, für die vorhergesagte COV des IMEP, für die vorhergesagte Restverdünnung und für die vorhergesagte externe Verdünnung ein. Die Ausgabebeschränkungen 352 für jeden der vorhergesagten Werte können einen Maximalwert für einen zugeordneten vorhergesagten Parameter und einen Minimalwert für diesen vorhergesagten Parameter 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 Zielwerte 266—270. Die Referenzwerte 356 enthalten für jeden der Zielwerte 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, der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 und/oder eines oder mehrerer anderer geeigneter Parameter bestimmen. Die Referenzwerte 356 stellen jeweils Referenzen zum Einstellen der Zielwerte 266-270 bereit. Die Referenzwerte 356 können 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 Zielwerte und zum Bestimmen der Kosten jeder der Sequenzen kann das MPC-Modul 312 eine Sequenz möglicher Zielwerte mit den niedrigsten Kosten unter Verwendung konvexer Optimierungstechniken identifizieren. Zum Beispiel kann das MPC-Modul 312 die Zielwerte 266-270 unter Verwendung eines Gleichungslösers der quadratischen Programmierung (QP) wie etwa eines Dantzig-QP-Gleichungslösers bestimmen. In einem anderen Beispiel kann das MPC-Modul 312 für die möglichen Sequenzen der Zielwerte 266-270 eine Fläche der Kostenwerte erzeugen und auf der Grundlage des Anstiegs der Kostenfläche einen Satz möglicher Zielwerte mit den niedrigsten Kosten identifizieren. Daraufhin kann das MPC-Modul 312 diesen Satz möglicher Zielwerte testen, um zu bestimmen, ob dieser Satz möglicher Zielwerte die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt. Das MPC-Modul 312 wählt den Satz möglicher Zielwerte 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 Zielwerte 266-270 auf der Grundlage von Beziehungen bestimmen zwischen: dem vorhergesagten Drehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308; der vorhergesagten APC und null; den möglichen Zielwerten und den jeweiligen Aktorbeschränkungen 348; den anderen vorhergesagten Parametern und den jeweiligen Ausgabebeschränkungen 352; und den möglichen Zielwerten und den jeweiligen Referenzwerten 356. Die Beziehungen können gewichtet werden, um z. B. die Wirkung zu steuern, die jede der Beziehungen auf die Kosten hat.
  • Nur beispielhaft kann das Kostenmodul 332 die Kosten für eine mögliche Sequenz der Zielwerte 266-270 auf der Grundlage der folgenden Gleichung bestimmen: C o s t = ∑ i = 1 N w T ∗ ‖ T P i − B A T R ‖ + w A ∗ ‖ A P C P i − 0 ‖ ,
    Figure DE102015104196B4_0002
    wobei Kosten die Kosten für die mögliche Sequenz der Zielwerte 266-270 sind, TPi das vorhergesagte Drehmoment der Kraftmaschine 102 für die i-te der N Steuerschleifen ist, BATR die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 ist und wT ein Gewichtungswert ist, der der Beziehung zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und den Referenzkraftmaschinendrehmomenten zugeordnet ist. APCPi ist eine vorhergesagte APC für die i-te der N Steuerschleifen und wA ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen der vorhergesagten APC und null zugeordnet ist.
  • Das Kostenmodul 332 kann die Kosten für eine mögliche Sequenz der Zielwerte 266-270 auf der Grundlage der folgenden ausführlicheren Gleichung: C o s t = ∑ i = 1 N ρ ∈ 2 + w T 2 ∗ ‖ T P i − B A T R ‖ 2 + w A 2 ∗ ‖ A P C P i − 0 ‖ 2 + w T V 2 ∗ ‖ P T T O i − T O R e f ‖ 2 + w W G 2 ∗ ‖ P T W G O i − E G O R e f ‖ 2 + w E G R 2 ∗ ‖ P T E G R O i − E G R O R e f ‖ 2 + w I P 2 ∗ ‖ P T I C P i − I C P R e f ‖ 2 + w E P 2 ∗ ‖ P T E C P i − E C P R e f ‖ 2
    Figure DE102015104196B4_0003
    vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352 bestimmen. Kosten sind die Kosten für die mögliche Sequenz der Zielwerte 266-270, TPi ist das vorhergesagte Drehmoment der Kraftmaschine 102 für die i-te der N Steuerschleifen, BATR ist die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 und wT ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und dem Referenz-Kraftmaschinendrehmoment zugeordnet ist. APCPi ist eine vorhergesagte APC für die i-te der N Steuerschleifen und wA ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen der vorhergesagten APC und null zugeordnet ist.
  • PTTOi ist eine mögliche Ziel-Drosselklappenöffnung für die i-te der N Steuerschleifen, TORef ist die Referenz-Drosselklappenöffnung und wTV ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Ziel-Drosselklappenöffnungen und der Referenz-Drosselklappenöffnung zugeordnet ist. PTWGOi ist eine mögliche Ziel-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 Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungen und der Referenz-Ladedruckregelventil-Öffnung zugeordnet ist.
  • PTEGROi ist eine mögliche Ziel-AGR-Öffnung für die i-te der N Steuerschleifen, EGRRef ist die Referenz-AGR-Öffnung und wEGR ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen AGR-Öffnungen und der Referenz-AGR-Öffnung zugeordnet ist. PTICi ist ein möglicher Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel für die i-te der N Steuerschleifen, ICPRef ist der Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und wIP ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen dem möglichen Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und dem Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel zugeordnet ist. PTECi ist ein möglicher Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel für die i-te der N Steuerschleifen, ECPRef ist der Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel und wEP ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen dem möglichen Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel und dem Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel zugeordnet ist.
  • ρ ist ein Gewichtungswert, der der Erfüllung der Ausgabebeschränkungen 352 zugeordnet ist. ∈ ist eine Variable, die das Kostenmodul 332 auf der Grundlage dessen einstellen kann, ob die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind. Zum Beispiel kann das Kostenmodul 332 ∈ erhöhen, wenn ein vorgegebener Parameter (z. B. wenigstens um einen vorgegebenen Betrag) größer oder kleiner als der entsprechende Minimal- oder Maximalwert ist. Das Kostenmodul 332 kann ∈ auf Null einstellen, wenn alle Ausgangsbeschränkungen 352 erfüllt sind. ρ kann größer als der Gewichtungswert wT, der Gewichtungswert wA, und die anderen Gewichtungswerte (wTV, wWG, wEGR, wIP, wEP) sein, so dass die für eine mögliche Sequenz bestimmten Kosten groß sind, wenn eine oder mehrere der Ausgangsbeschränkungen 352 nicht erfüllt sind. Dies kann die Auswahl einer möglichen Sequenz verhindern helfen, wenn eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 nicht erfüllt sind.
  • Der Gewichtungswert wT kann größer als der Gewichtungswert wA und die Gewichtungswerte wTV, wWG, wEGR, wIP und wEP sein. Wie im Folgenden diskutiert wird, hat die Beziehung zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 auf diese Weise eine größere Wirkung auf die Kosten und somit auf die Auswahl einer der möglichen Sequenzen. Während die Differenz zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zunimmt, nehmen die Kosten zu, und umgekehrt.
  • Der Gewichtungswert wA kann kleiner als der Gewichtungswert wT und größer als die Gewichtungswerte wTV, wWG, wEGR, wIP und wEP sein. Auf diese Weise hat die Beziehung zwischen der vorhergesagten APC und null eine große Wirkung, 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 null zunimmt, nehmen die Kosten zu, und umgekehrt. Während die beispielhafte Verwendung von null gezeigt ist und diskutiert worden ist, kann anstelle von null eine vorgegebene minimale APC verwendet werden.
  • Somit hilft die Bestimmung der Kosten auf der Grundlage der Differenz zwischen der vorhergesagten APC und null sicherzustellen, dass die APC minimiert wird. Da die Kraftstoffbeaufschlagung auf der Grundlage der tatsächlichen APC gesteuert wird, verringert das Verringern der APC den Kraftstoffverbrauch, um ein Ziel-Luft/- Kraftstoff-Gemisch zu erzielen. Während das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten auswählen kann, kann das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen auswählen, die die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 am besten erzielt, während sie die APC minimiert.
  • Die Gewichtungswerte wTV, wWG, wEGR, wIP und wEP können kleiner als alle anderen Gewichtungswerte sein. Auf diese Weise können die Zielwerte 266-270 während des stationären Betriebs jeweils in der Nähe der oder bei den Referenzwerten 356 ausregeln. Allerdings kann das MPC-Modul 312 die Zielwerte 266-270 während des Übergangsbetriebs von den Referenzwerten 356 entfernt einstellen, um die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zu erzielen, während die APC minimiert wird und die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind.
  • Im Betrieb kann das MPC-Modul 312 die Kostenwerte für die möglichen Sequenzen bestimmen. Daraufhin kann das MPC-Modul 312 die eine 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 Bezug nehmend auf 4 weist ein beispielhaftes Drehmomentanforderungsmodul 400 gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Drehmomentanforderungsausgangsmodul 404 und ein Modul 408 für künstliche Drehmomentreferenz auf. Das Drehmomentanforderungsausgangsmodul 404 empfängt die vorhergesagte Drehmomentanforderung und Sofortdrehmomentanforderung 263 und 264 sowie die vorhergesagten Reserven/Lastenanforderungen 294 und gibt wahlweise eine der Luftdrehmomentanforderung 265 und des Signals für künstliche Drehmomentreferenz 292 entsprechend aus. Wenn beispielsweise das Drehmomentanforderungsmodul 400 keine der vorhergesagten Reserven/Lastenanforderungen 294 (und/oder keine der vorhergesagten Reserven/Lastenanforderungen 294 eine notwendige künftige Änderung der Drehmomentreserve aufgrund einer Getriebeschaltung, einer Luftklimatisierungserhöhung, etc. angibt) empfängt, dann kann das Drehmomentanforderungsausgabemodul 404 die Luftdrehmomentanforderung 265 basierend auf der vorhergesagten Drehmomentanforderung und Sofortdrehmomentanforderung 263 und 264 ausgeben.
  • Wenn umgekehrt das Drehmomentanforderungsmodul 400 vorhergesagte Reserven/Lastenanforderungen 294 empfängt, die eine zukünftige Drehmomentanforderung/Reserveänderung angeben, dann gibt das Drehmomentanforderungsausgabemodul 404 stattdessen das Signal für künstliche Drehmomentreferenz 292 aus. Beispielsweise kann das Drehmomentanforderungsausgangsmodul 404 das Signal 292 für künstliche Drehmomentreferenz basierend auf der vorhergesagten Drehmomentanforderung und der Sofortdrehmomentanforderung 263 und 264 und den vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen 294 berechnen.
  • Alternativ dazu kann das Drehmomentanforderungsausgangsmodul 404 einen Wert für das Signal 292 für künstliche Drehmomentreferenz von dem Modul 408 für künstliche Drehmomentreferenz abrufen. Beispielsweise kann das Modul 408 für künstliche Drehmomentreferenz das Signal 292 für künstliche Drehmomentreferenz basierend auf der vorhergesagten Drehmomentanforderung und Sofortdrehmomentanforderung 263 und 264, den vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen 294, Typen der vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen, etc. berechnen (z.B. modellieren), die an das Modul 408 für künstliche Drehmomentreferenz von dem Drehmomentanforderungsausgangsmodul 404 bereitgestellt werden können. Bei einigen Implementierungen kann das Modul 408 für künstliche Drehmomentreferenz eine Mehrzahl von Werten für das Signal 292 für künstliche Drehmomentreferenz speichern, die durch die vorhergesagte Drehmomentanforderung und Sofortdrehmomentanforderung 263 und 264 und die vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen 294 indexiert sind (z.B. in einer Nachschlagetabelle).
  • Die Werte für das Signal 292 für künstliche Drehmomentreferenz können Versätze aufweisen (z.B. positiven oder negativen Versatz, der zu einem Wert addiert oder von diesem subtrahiert wird, der für die Luftdrehmomentanforderung 265 berechnet ist).
  • Demgemäß kann das Signal 292 für künstliche Drehmomentreferenz einem Wert, der für die Luftdrehmomentanforderung 265 berechnet ist, plus oder minus einem Versatz entsprechen, der einer oder mehreren der vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen 294 entspricht. Auf diese Weise weist das Signal 292 für künstliche Drehmomentreferenz die Luftdrehmomentanforderung 265 und jegliche erwarteten künftigen Änderungen für die Luftdrehmomentanforderung 265 auf, die von einer oder mehreren der vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen 294 angegeben sind.
  • Nun Bezug nehmend auf die 5A und 5B zeigen beispielhafte Zeitsteuerschleifen 500-1 bis 500-7 (gemeinsam als Zeitschleifen 500 bezeichnet) Signale 504 für künstliche Drehmomentreferenz (Signale für künstliche Drehmomentreferenz 504-1 bis 504-7), die an das Modellvorhersagesteuermodul 312 (z.B. über das Drehmomentumwandlungsmodul 304 und die Basisluftdrehmomentanforderung 308) geliefert werden.
  • Bei jeder der Zeitsteuerschleifen 500 entspricht das jeweilige Signal 504 für künstliche Drehmomentreferenz einem angeforderten Drehmomentprofil, das dem Modellvorhersagesteuermodul 312 zu einer gegebenen Zeit (0, +1, +2, ..., +6) bereitgestellt wird, und gibt ein vorhergesagtes angefordertes Drehmoment für einen oder mehrere Zeitschritte 508 in der Zukunft an. Beispielsweise gibt für jede der Zeitsteuerschleifen 500 „1“ einen ersten Zeitschritt in der Zukunft an (z.B. 25 ms, nachdem das jeweilige Signal 504 für künstliche Drehmomentreferenz an das Modellvorhersagesteuermodul 312 geliefert ist), „2“ gibt einen zweiten Zeitschritt in der Zukunft an, „3“ gibt einen dritten Zeitschritt in der Zukunft an, etc.
  • Beispielsweise gibt bei der Zeitsteuerschleife 500-1 das Signal 504-1 eine Zunahme des vorhergesagten angeforderten Drehmomentes bei dem dritten Zeitschritt 3 an. Demgemäß kann das Modellvorhersagesteuermodul 312 beginnen, die Drehmomentreserve 512 in Erwartung der Zunahme des vorhergesagten angeforderten Drehmomentes bei dem dritten Zeitschritt 3 zu erhöhen, wie von dem Signal 504-1 für künstliche Drehmomentreferenz angegeben ist. Umgekehrt steigt die Drehmomentreserve 512 bei dem ersten Zeitschritt 1, dem zweiten Zeitschritt 2 und dem dritten Zeitschritt 3, bis die Drehmomentreserve 512 ausreichend ist, das vorhergesagte angeforderte Drehmoment bei dem dritten Zeitschritt 3 zu kompensieren. Jedoch wird ein tatsächlich angefordertes Drehmoment 516 bei dem ersten Zeitschritt 1 oder dem zweiten Zeitschritt 2 nicht geändert, da das Modellvorhersagesteuermodul 312 das erhöhte Drehmoment nicht bis zu dem dritten Zeitschritt 3 bereitstellen muss. Auf diese Weise bereitet sich das Modellvorhersagesteuermodul 312 für die Zunahme in dem angeforderten Drehmoment, das von dem Signal 504-1 für künstliche Drehmomentreferenz angegeben ist, bei dem dritten Zeitschritt durch Erhöhen der Drehmomentreserve 512 ohne Beeinflussung des tatsächlichen angeforderten Drehmomentes 516 vor.
  • Bei den Zeitsteuerschleifen 500-2, 500-3 und 500-4 geben die Signale 504-2, 504-3 bzw. 504-4 wiederum eine Zunahme des vorhergesagten angeforderten Drehmomentes bei dem dritten Zeitschritt 3 an. Demgemäß nimmt die Drehmomentreserve 512 weiterhin in Erwartung der vorhergesagten (d.h. geplanten) Zunahme des angeforderten Drehmomentes zu, wie durch das Signal 504 bei dem dritten Zeitschritt 3 angegeben ist. Das Signal 504 für künstliche Drehmomentreferenz kann mit der zukünftigen Zunahme, die bei dem dritten Zeitschritt 3 in der Zukunft angegeben ist, bereitgestellt werden, bis die Drehmomentreserve 512 etwa ausreichend ist, die Zunahme (d.h. etwa gleich dem zusätzlichen Drehmoment, das erforderlich ist, wenn das tatsächlich angeforderte Drehmoment 512 steigt, um das Signal 514 für künstliche Drehmomentreferenz anzupassen), zu kompensieren, wie in der Zeitsteuerschleife 500-4 gezeigt ist.
  • Bei der Zeitsteuerschleife 500-5 gibt das Signal 514-5 für künstliche Drehmomentreferenz die Zunahme des vorhergesagten angeforderten Drehmomentes bei dem zweiten Zeitschritt 2 aus. Bei der Zeitsteuerschleife 500-6 gibt das Signal 514-6 für künstliche Drehmomentreferenz die Zunahme des vorhergesagten angeforderten Drehmomentes bei dem ersten Zeitschritt 1 aus. Demgemäß wird die Drehmomentreserve 512 auf einem Niveau beibehalten, das ausreichend ist, um die Zunahme des vorhergesagten angeforderten Drehmomentes zu kompensieren. Bei der Zeitsteuerschleife 500-7 steigt das tatsächlich angeforderte Drehmoment 516, um das Signal 514-7 für künstliche Drehmomentreferenz anzupassen. Jedoch ist, da das Modellvorhersagedrehmomentmodul 312 vorher für die Zunahme vorbereitet wurde, die Drehmomentreserve 512 unmittelbar verfügbar. Wie in der Zeitsteuerschleife 500-7 gezeigt ist, wird die Drehmomentreserve 512 in Ansprechen auf die Zunahme des tatsächlich angeforderten Drehmomentes 516 schnell abgereichert.
  • Obwohl das vorhergesagte angeforderte Drehmoment in den 5A und 5B als eine Zunahme gezeigt ist, kann das vorhergesagte angeforderte Drehmoment auch einer Abnahme des angeforderten Drehmomentes entsprechen. Demgemäß kann das Modellvorhersagesteuermodul 312 eine Abnahme des angeforderten Drehmomentes (z.B. durch Verringerung der Drehmomentreserve) vorhersehen.
  • Auf diese Weise kann eine zukünftige Drehmomentanforderung (d.h. wie durch die vorhergesagte Drehmomentanforderung angegeben ist) eine selbe Anzahl von Zeitschritten von dem gegenwärtigen Zeitschritt in aufeinanderfolgenden Zeitschleifen wiederholt werden, bis die Drehmomentreserve 512 ausreichend vorbereitet ist, um die zukünftige Drehmomentanforderung anzupassen. Wenn die Drehmomentreserve 512 ausreichend vorbereitet ist, wird die Ist-Drehmomentanforderungsänderung an das MPC-Modul 312 geliefert.
  • Nun Bezug nehmend auf 6 beginnt ein beispielhaftes Verfahren 600 für künstliche Drehmomentreferenz bei 604. Bei 608 empfängt das Verfahren 600 vorhergesagte Drehmomentanforderungen und Sofortdrehmomentanforderungen. Bei 612 bestimmt das Verfahren 600, ob irgendwelche vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen empfangen wurden. Wenn dies zutrifft, fährt das Verfahren 600 mit 616 fort. Wenn dies nicht zutrifft, fährt das Verfahren 600 mit 620 fort. Bei 620 erzeugt das Verfahren 600 eine Luftdrehmomentanforderung basierend auf den vorhergesagten Drehmomentanforderungen und Sofortdrehmomentanforderungen. Bei 624 steuert das Verfahren 600 die Drehmomentreserve basierend auf der Luftdrehmomentanforderung. Das Verfahren 600 endet bei 628.
  • Bei 616 bestimmt das Verfahren 600 ein Signal für künstliche Drehmomentreferenz basierend auf der vorhergesagten Drehmomentanforderung und Sofortdrehmomentanforderung, der vorhergesagten Reserveanforderung und/oder der Luftdrehmomentanforderung. Bei 632 steuert das Verfahren 600 das Reservedrehmoment basierend auf dem Signal für künstliche Drehmomentreferenz.
  • Wie die Formulierung wenigstens eines von A, B und C hier verwendet ist, soll sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht ausschließenden logischen ODER bedeuten. Selbstverständlich können einer oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in einer anderen Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
  • In dieser Anmeldung einschließlich in den folgenden Definitionen kann der Begriff Modul durch den Begriff Schaltung ersetzt sein. Der Begriff Modul kann sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); auf eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale diskrete Schaltung; auf eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; auf eine Kombinationslogikschaltung; auf eine feldprogrammierbare 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 System-on-Chip 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 (2)

  1. Verfahren (600) zum Bereitstellen einer Drehmomentreserve (512) in einem Kraftmaschinensteuersystem (100, 102, 114) für ein Fahrzeug, das eine Modellvorhersagesteuerung (MPC-Steuerung) anwendet, wobei das Verfahren (600) umfasst: Empfangen vorhergesagter Drehmomentanforderungen (263) und Sofortdrehmomentanforderungen (264)(608); selektives Empfangen vorhergesagter Reserve/Lastenanforderungen (294) (608); Bestimmen, ob irgendwelche vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen (294) empfangen wurden (612); wenn die vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen (294) nicht empfangen wurden (612=N), Erzeugen einer Luftdrehmomentanforderung (265) basierend auf den vorhergesagten Drehmomentanforderungen (263) und Sofortdrehmomentanforderungen (264)(620); wenn die vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen (294) empfangen wurden (612=J), Bestimmen eines Signals für künstliche Drehmomentreferenz (292) basierend auf den vorhergesagten Drehmomentanforderungen (263) und Sofortdrehmomentanforderungen (264)(620), den vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen (294) und der Luftdrehmomentanforderung (265)(616) in einem Modul (408) für künstliche Drehmomentreferenz; wobei das Signal für künstliche Drehmomentreferenz (292) eine Zunahme der vorhergesagten Drehmomentanforderungen (263) oder eine Abnahme der vorhergesagten Drehmomentanforderungen (263) angibt; und wenn die vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen (294) nicht empfangen wurden (612=N), Umwandeln der Luftdrehmomentanforderung (265) in eine Basis-Luftdrehmomentanforderung (308); wenn die vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen (294) empfangen wurden (612=J), Umwandeln des Signals für künstliche Drehmomentreferenz (292) in eine Basis-Luftdrehmomentanforderung (308); Liefern der Basis-Luftdrehmomentanforderung (308) an ein MPC-Modul (312); wenn die vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen (294) nicht empfangen wurden (612=N), Steuern der Drehmomentreserve (512) basierend auf der Luftdrehmomentanforderung (265) über die MPC-Steuerung (624); wenn die vorhergesagten Reserve/Lastenanforderungen (294) empfangen wurden (612=J), Steuern der Drehmomentreserve (512) über die MPC-Steuerung basierend auf dem Signal für künstliche Drehmomentreferenz (292) (632).
  2. Verfahren (600) nach Anspruch 1, wobei das Signal für künstliche Drehmomentreferenz (292) der Luftdrehmomentanforderung (265) plus oder minus einem Versatz entspricht, der von der vorhergesagten Drehmomentreserveanforderung (263) angegeben wird.
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