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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Regelung wenigstens eines Kontrollparameters einer Brennkraftmaschine mittels zumindest zwei Stellparametern sowie eine entsprechende Kontrollvorrichtung.
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Es ist bekannt, dass bei Brennkraftmaschinen aufwendige und komplexe Regelungen durchgeführt werden müssen. Sehr häufig handelt es sich dabei um Regelungen, welche zur Erreichung eines Soll-Wertes eines Kontrollparameters zwei oder mehr Stellparameter zur Verfügung haben. Beispielsweise sei hier auf den Ladedruck einer mehrstufig abgasturboaufgeladenen Brennkraftmaschine hingewiesen, wobei auf diesen Ladedruck sowohl durch entsprechende Einstellung am Wastegate des Hochdruckturbos wie auch am Wastegate des Niederdruckturbos Einfluss genommen werden kann.
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Nachteilhaft bei den bekannten Regelungen ist es, dass diese üblicherweise in Form von komplexen PID-Reglern und/oder Kennfeldern ausgeführt sind. Dies führt dazu, dass die Zusammenhänge zwischen dem gewünschten Kontrollparameter und den entsprechenden zumindest zwei Stellparametern in aufwendiger Weise vorher verifiziert bzw. erstellt werden müssen. Dies kann nur erfolgen, wenn aufwendige Testreihen an Versuchsbrennkraftmaschinen oder an realen Fahrzeugen durchgeführt werden. Insbesondere führt dies zu hohem Zeitaufwand, hohem Kostenaufwand und entsprechend hohem Verschleiß der Versuchsbrennkraftmaschinen bzw. der Versuchsfahrzeuge.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise ein Regelungsverfahren zu entwickeln, welches mit geringem Aufwand zur Verfügung gestellt werden kann.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Kontrollvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren für die Regelung wenigstens eines Kontrollparameters einer Brennkraftmaschine mittels zumindest zwei Stellparametern vorgeschlagen. Ein solches Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- – Ermitteln einer optimalen stationären Kombination der zumindest zwei Stellparameter zum Erreichen des Soll-Werts unter stationären Randbedingungen,
- – Erstellen eines funktionalen dynamischen Zusammenhangs zwischen der Regelabweichung, einem Stellaufwand für die zumindest zwei Stellparameter und der ermittelten stationären Kombination,
- – Optimieren des dynamischen Zusammenhangs zur Ermittlung einer optimalen dynamischen Kombination der zumindest zwei Stellparameter,
- – Verwenden der optimalen dynamischen Kombination für den folgenden Regelschritt bei der Regelung des wenigstens einen Kontrollparameters.
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Zu Beginn eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann dabei auch noch der folgende Schritt durchgeführt werden:
- – Erkennen einer Regelabweichung zwischen einem Ist-Wert und einem Soll-Wert. Dabei kann das Verfahren auch durchgeführt werden, wenn als Regelabweichung ein Wert im Bereich von 0 erkannt wird, also im Wesentlichen keine Regelabweichung vorliegt.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren baut also ebenfalls auf dem Kerngedanken auf, einen einzelnen Kontrollparameter mit zumindest zwei Stellparametern zu regeln. Dies kann das später noch beschriebene Beispiel eines mehrstufig aufgeladenen Turbomotors mit einem Hochdruck-Wastegate und einem Niederdruck-Wastegate sein. Grundsätzlich ist ein erfindungsgemäßes Verfahren jedoch für eine Brennkraftmaschine immer dann vorteilhaft einsetzbar, wenn wenigstens ein Kontrollparameter mittels zumindest zwei Stellparametern geregelt werden soll. In einem solchen Fall spricht man grundsätzlich auch von einem sogenannten multikriteriellen Problem.
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Erfindungsgemäß wird das Verfahren insbesondere ausgelöst bzw. beginnt das Verfahren insbesondere mit der Erkennung einer Regelabweichung. Jedoch kann das erfindungsgemäße Verfahren auch ohne eine erkannte Regelabweichung bzw. mit einer Regelabweichung gleich Null beginnen. Dies ist in ähnlicher Weise zu verstehen, wie dies bei Standardregelungen der Fall ist. So kann mithilfe einer Sensorvorrichtung an der Brennkraftmaschine ein Ist-Wert, zum Beispiel der Ladedruck einer Brennkraftmaschine, bestimmt werden. Gleichzeitig kann ein Soll-Wert vorgegeben werden, welcher zum Beispiel aus der Motorregelung der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht. Solange der Ist-Wert und der Soll-Wert Unterschiede zueinander aufweisen, beträgt die Regelabweichung einen Wert ungleich null. Es besteht also ein Unterschied zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert, so dass Regelungsbedarf besteht, um von dem Ist-Wert den Soll-Wert des Kontrollparameters zu erreichen.
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In dem nächsten Regelungsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden stationäre Randbedingungen zugrunde gelegt. Das bedeutet, dass auf Basis des vorgegebenen Soll-Wertes zumindest zwei Stellparameter ermittelt werden, welche als optimale stationäre Kombination definiert werden. Das bedeutet weiter, dass in einem ersten Schritt zum Beispiel aus einer Kennlinienfunktion und/oder aus einem einfachen bzw. beliebig komplexen Simulationsmodel der Brennkraftmaschine dem vorgegebenen Soll-Wert eine statische Sollvorgabe dieser zwei Stellparameter zugeordnet wird. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um eine Auswahl bzw. eine einfache Ermittlung dieser stationären Kombination. Da mit dieser ersten, groben Vorgabe ein Erreichen des Sollwerts nicht in jedem Fall gewährleistet ist, wird in einem zweiten Schritt mittels einer Optimierungsfunktion eine Kombination der Stellparameter gefunden, mit der der Sollwert des Kontrollparameters sicher erreicht werden kann und die zudem möglichst nah an den Vorgaben liegt. Insbesondere wird beim Ermitteln dieser optimalen stationären Kombination keine Rücksicht genommen auf die tatsächlich bestehende Regelabweichung bzw. den tatsächlichen Ist-Wert. Bei Verwendung des gleichen Modells, wie in der dynamischen Optimierung kann jedoch der gelernte Modellfehler berücksichtigt werden.
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Um nun die Regelung in verbesserter Weise zur Verfügung zu stellen, reicht die optimale stationäre Kombination nicht aus. Daher wird erfindungsgemäß ein funktionaler dynamischer Zusammenhang zur Verfügung gestellt. Dieser funktionale dynamische Zusammenhang besteht zwischen der bereits erkannten Regelabweichung, einem definierten Stellaufwand für die zumindest zwei Stellparameter sowie der ermittelten stationären Kombination. Das bedeutet, dass ein solcher dynamischer Zusammenhang, wie dies später noch erläutert wird, zum Beispiel in Form einer Kostenfunktion zur Verfügung gestellt werden kann. Der funktionale dynamische Zusammenhang nimmt also zum einen die Regelabweichung mit auf. So kann beispielsweise ein Summenterm Teil des funktionalen dynamischen Zusammenhangs sein, welcher den Ist-Wert mit dem Soll-Wert in einer Summenfunktion beinhaltet. Ein weiterer Summenteil der Kostenfunktion im funktionalen dynamischen Zusammenhang kann der Stellaufwand sein. So kann für jeden der Stellparameter ein entsprechender Stellaufwand definiert werden, wobei als Vorgabe vorgegeben werden kann, dass der Stellaufwand in dem funktionalen dynamischen Zusammenhang reduziert werden soll. Dies kann auch als ein sogenannter Strafterm bezeichnet werden, um unnötig hohen Regelungseingriff zu reduzieren oder sogar gänzlich zu vermeiden. Die ermittelte stationäre Kombination wird ebenfalls mit eingebunden, um eine Kombination aus stationärem und dynamischem Zusammenhang für die Regelungsfunktionalität zur Verfügung zu stellen.
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Als Teil des funktionalen dynamischen Zusammenhangs kann nun ebenfalls ein Simulationsmodel der Brennkraftmaschine verwendet werden. So ist es nun möglich, das Regelungsergebnis innerhalb des funktionalen dynamischen Zusammenhangs vorherzusagen. So kann über zumindest einen Regelungsschritt der funktionale dynamische Zusammenhang das Ergebnis der gewünschten Regelungseingriffe in Form von unterschiedlichsten ausgewählten Stellparametern vorhersagen in Form einer Simulation mithilfe des Simulationsmodells.
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Anschließend können die einzelnen Ergebnisse dieses funktionalen dynamischen Zusammenhangs miteinander verglichen werden, so dass sozusagen eine Beurteilung bzw. eine Bewertung der Qualität unterschiedlichster möglicher Kombinationen der zwei Stellparameter unter dem Gesichtspunkt des funktionalen dynamischen Zusammenhangs erzeugt werden können.
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In einem abschließenden Schritt erfolgt eine Optimierung dieses dynamischen Zusammenhangs zur Ermittlung einer optimalen dynamischen Kombination der zumindest zwei Stellparameter. Darunter ist insbesondere eine entsprechende Auswahl der Kombination der zwei Stellparameter zu verstehen, welche auf Basis des erstellten funktionalen dynamischen Zusammenhangs ein Optimum darstellt. Je nach tatsächlicher Erstellung dieses dynamischen Zusammenhangs kann dies zum Beispiel auf ein möglichst schnelles Erreichen des Soll-Wertes durch entsprechend große Stellvorgänge gerichtet sein. Jedoch ist es auch denkbar, dass eine Minimierung des Regelungseingriffes und damit eine Minimierung des Stellaufwandes Ziel einer solchen Optimierung ist. Grundsätzlich können der Kerngedanke und die Zielrichtung der Optimierung im Sinne eines vorliegenden Erfahrens im Wesentlichen frei gewählt werden. Beim Einsatz in einer Brennkraftmaschine kann dabei das Optimierungsziel fest vorgegeben werden oder in Abhängigkeit einer entsprechenden Fahrsituation oder einer Vorselektion des Fahrers angepasst werden.
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Als abschließender Verfahrensschritt wird erfindungsgemäß die auf diese Weise ermittelte optimale dynamische Kombination für den folgenden Regelungsschritt verwendet. Das bedeutet, dass die zwei optimierten Stellparameter der optimalen dynamischen Kombination als Stellgrößen an entsprechende Aktoren weitergegeben werden. Das bedeutet weiter, dass im Falle eines mehrstufig abgasturboaufgeladenen Motors entsprechende Stellgrößen die Öffnungsgrößen der beiden Wastegates des Hochdruckanteils und des Niederdruckanteils darstellen.
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Zusammenfassend wird also ein erfindungsgemäßes Verfahren innerhalb der Regelungsschleife eine Optimierungsfunktion durchführen. Diese Optimierungsfunktion basiert sowohl auf statischen bzw. stationären Überlegungen wie auch auf dynamischen Gesichtspunkten. Mit anderen Worten erfolgt für jeden Regelungsschritt der Durchlauf einer Ermittlung einer Optimierung, so dass für jeden einzelnen Regelungsschritt optimierte und damit für diesen Regelungsschritt spezifische Kombinationen der Stellgrößen zur Verfügung gestellt werden können.
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Auf Basis des voranstehenden Verständnisses wird klar, dass durch die vorliegende Erfindung die Regelung selbst eine hohe Intelligenz beinhaltet. Mit anderen Worten ist eine Optimierung einer fest vorgegebenen Regelung vor dem Einsatz der Brennkraftmaschine nun nicht mehr notwendig. Vielmehr reicht es aus, grundsätzliche Kernüberlegungen des funktionalen dynamischen Zusammenhangs vorzugeben, welche anschließend im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens für jeden einzelnen Regelungsschritt mit entsprechenden Parametern gefüllt werden. Dies führt dazu, dass jeder Regelungsschritt automatisch zu einer optimierten Korrelation bzw. Kombination der zumindest zwei Stellparameter führt.
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Die Verwendung einer Optimierungsschleife innerhalb der Regelungsschleife erlaubt es nun, innerhalb kürzester Zeit ein solches Regelungsverfahren auf eine Brennkraftmaschine zu adaptieren. Somit kann im Vergleich zu bekannten Validierungsmöglichkeiten in Form von Kennfeldern oder klassischen PID-Reglern einer Brennkraftmaschine ein extremer Zeitvorteil erreicht werden. Während bei üblichen Verfahren über mehrere Wochen eine langsame Anpassung und Optimierung der Kennfelder bzw. Regelungsmechanismen erfolgen muss, kann ein erfindungsgemäßes Verfahren innerhalb kürzester Zeit, insbesondere innerhalb weniger als einer Stunde, eine entsprechende Regelung zur Verfügung stellen. Dies erlaubt es, auf Basis der häufig im Fahrzeug bereits vorhandenen hohen Rechenleistung den tatsächlichen Applikationsaufwand im Vorfeld bei der Entwicklung der Regelung der Brennkraftmaschine extrem zu reduzieren.
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Neben der Tatsache, dass in erfindungsgemäßer Weise der Aufwand für die Erstellung des Regelungsverfahrens deutlich reduziert wird, wird die tatsächliche Regelung selbst auf den spezifischen Einzelfall hin optimiert. So ist es nicht mehr nötig, eine Regelung für Kompromissfälle auszulegen, sondern vielmehr erlaubt es die iterative Optimierung für jeden einzelnen Regelungsschritt optimale Kombinationen der zumindest zwei Stellparameter in spezifischer Weise zu erzeugen. Damit wird sogar die explizite Regelung selbst in optimierter Weise verbessert und kann zu verbesserten Leistungen im Betrieb der Brennkraftmaschine führen. Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der funktionale dynamische Zusammenhang in Form einer Kostenfunktion erstellt wird, insbesondere vorgegeben ist, wobei für die Regelabweichung, den Stellaufwand und den stationären Zusammenhang jeweils wenigstens eine Summenfunktion erstellt wird. Die Kostenfunktion ist dabei der funktionale dynamische Zusammenhang, wobei ein Summenterm insbesondere die Summe aus unterschiedlichen einzelnen Bestandteilen ist, welche über eine definierte oder freie Iterationszahl aufsummiert wird. Auf diese Weise kann in Form eines endlichen Integrals bzw. einer endlichen Summe anschließend der beschriebene Optimierungsschritt durchgeführt werden. Die Kostenfunktion selbst bildet also einen vorgegebenen bzw. vorgebbaren Rahmen, welcher mit den jeweils spezifischen Parametern bzw. Rahmenbedingungen des jeweils vorliegenden Regelungsfalls in der jeweils vorliegenden Regelungsschleife gefüttert bzw. ausgestattet wird.
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Ein Vorteil ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren einzelne Teile des dynamischen Zusammenhangs, insbesondere einzelne Terme der Summenfunktion der Kostenfunktion gemäß dem voranstehenden Absatz, eine Gewichtung aufweisen. Eine solche Gewichtung kann auch als Strafterm bezeichnet werden. Das bedeutet, dass durch die Gewichtung eine Anpassung an einzelne Bestandteile innerhalb der Regelung erfolgen kann. So kann das Einflussgewicht des jeweiligen Bestandteils innerhalb des dynamischen Zusammenhangs angepasst werden. Beispielsweise kann es gewünscht sein, eine Stellgröße mit höherem Einfluss zu versehen. Durch entsprechende Gewichtung dieser Stellgröße bzw. der konträren Stellgröße kann dies bei der Optimierung entsprechend berücksichtigt werden. Damit kann der Regeleinfluss von einzelnen Bestandteilen, zum Beispiel des Stellaufwandes, der Regelabweichung oder des stationären Zusammenhangs, erhöht oder reduziert werden.
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Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Optimieren des dynamischen Zusammenhangs iterativ, insbesondere innerhalb einer definierten Iterationsvorgabe, erfolgt. Die Iteration kann insbesondere in endlicher Weise durchgeführt werden. So kann diese Iteration zum Beispiel eine definierte vorgegebene maximale Zahl der Iterationsschritte beinhalten. Auch kann eine vorgegebene Maximalzeit für diese Iteration zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere bei der Vorgabe von Maximalzeiten für die tatsächlichen einzelnen Regelungsschleifen kann hier zum Beispiel im Millisekundenbereich eine Zeitvorgabe erfolgen. Die Iteration ist dabei jeweils abzuwägen auf der einen Seite mit Bezug auf die Geschwindigkeit des Regelungseingriffes und andererseits mit Bezug auf die Qualität des erzielbaren Optimums.
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Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vor der Ermittlung der optimalen stationären Kombination eine statische Sollvorgabe vorgegeben wird. Dies kann auch als PreTargets bezeichnet werden. Dabei kann eine grundsätzliche und über das gesamte Verfahren fortdauernde Vorgabe verstanden werden. Diese Sollvorgabe kann zum Beispiel beschreiben, dass unabhängig von allen anderen Einflussgrößen der eine oder der andere Stellparameter bevorzugt werden soll. Die statische Sollvorgabe kann auch als globale Gewichtung im Sinne eines erfindungsgemäßen Verfahrens verstanden werden.
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Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für die Ermittlung der optimalen stationären Kombination ein erstes Simulationsmodell des Zusammenhangs zwischen dem wenigstens einen Kontrollparameter und den zumindest zwei Stellparametern verwendet wird. Wie bereits angedeutet worden ist, kann für diesen Ermittlungsschritt der optimalen stationären Kombination ein Simulationsmodell eingesetzt werden. Insbesondere kann hier das gleiche Modell verwendet werden, u wie in der dynamischen Optimierung. Ein solches Simulationsmodell kann vorab einmalig für die jeweilige Brennkraftmaschine in Form eines Versuchsprüfstandes und entsprechender Messungen erstellt werden.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für die Ermittlung des dynamischen Zusammenhangs ein zweites Simulationsmodell des Zusammenhangs zwischen dem wenigstens einen Kontrollparameter und den zumindest zwei Stellparametern verwendet wird. Insbesondere kann es sich beim ersten und beim zweiten Simulationsmodell um identische Modelle handeln. Auch hier kann ein entsprechend zweites Simulationsmodell auf Basis eines Versuchsaufbaus an einem Teststand einer Brennkraftmaschine ermittelt werden. Werden unterschiedliche Formen zwischen dem ersten und dem zweiten Simulationsmodell unterschieden, so ist insbesondere als zweites Simulationsmodell ein genaueres bzw. komplexeres Modell zu wählen, um entsprechend den dynamischen Zusammenhang hinsichtlich seiner Optimierungsqualität zu verbessern.
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Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vor dem Erstellen des funktionalen dynamischen Zusammenhangs für den Ist-Wert mit einem ersten Simulationsmodell und/oder einem zweiten Simulationsmodell ein Simulations-Ist-Wert ermittelt wird. Dabei wird der Unterschied zwischen dem Simulations-Ist-Wert und dem Ist-Wert als Fehlerterm beim Ermitteln der optimalen stationären Kombination und/oder beim Erstellen des funktionalen dynamischen Zusammenhangs berücksichtigt. Dies kann auch als Beobachterfunktion bzw. Observer-Funktion bezeichnet werden. Der Fehlerterm wird dabei vorzugsweise bei jeder Iterationsrunde der Regelung neu ermittelt und ist somit spezifisch für den jeweiligen Regelungsschritt in einer Regelungsschleife. Selbstverständlich ist auch eine Rückkopplung von Fehlertermen in das jeweilige Simulationsmodell denkbar, so dass insbesondere selbstlernende Simulationsmodelle entstehen. So kann im Falle eines Fehlerterms, welcher sich für eine gewisse definierte Anzahl von Regelungsschritten in ähnlichen Größen bewegt, eine entsprechende Anpassung des Simulationsmodells erfolgen. Dies ist insbesondere in automatischer Ausbildung vorgesehen. Grundsätzlich wird durch diese Beobachterfunktion die Qualität des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens weiter verbessert, da je nach tatsächlicher Situation eine entsprechende Anpassung durch den Fehlerterm zur Verfügung gestellt wird.
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Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren als wenigstens ein Kontrollparameter der Ladedruck einer mehrstufig abgasturboaufgeladenen Brennkraftmaschine geregelt wird unter der Verwendung der Stellung der Wastegates als zumindest zwei Stellparameter. Hierbei handelt es sich um einen besonderen Ausführungsfall eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem die bereits mehrfach erläuterten Vorteile besonders stark zum Ausdruck kommen. So ist eine mehrstufige Abgasturboaufladuung mit zwei Wastegates ein entsprechendes multikriterielles Optimierungsproblem bzw. Regelungsproblem, welches durch das Anordnen einer Optimierungsschleife innerhalb der Regelungsschleife mit sehr geringem Aufwand appliziert werden kann. Innerhalb der Regelungsschleife erfolgt nun die Optimierung, so dass für das multikriterielle Regelungsproblem für jede Regelungsschleife die mehrfach erläuterte optimale Kombination der Stellparameter zur Verfügung gestellt wird.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Kontrollvorrichtung für die Regelung wenigstens eines Kontrollparameters einer Brennkraftmaschine mittels zumindest zwei Stellparametern. Eine solche Kontrollvorrichtung weist insbesondere eine Erkennungseinheit für ein Erkennen einer Regelabweichung zwischen einem Ist-Wert und einem Soll-Wert des Kontrollparameters auf. Weiter ist eine Recheneinheit für ein Ermitteln einer optimalen stationären Kombination der zumindest zwei Stellparameter zum Erreichen des Soll-Werts unter stationären Randbedingungen vorgesehen. Die Recheneinheit ist weiter ausgebildet für ein Erstellen eines funktionalen dynamischen Zusammenhangs zwischen der Regelabweichung, einem Stellaufwand für die zumindest zwei Stellparameter und der ermittelten stationären Kombination sowie ein Optimieren des dynamischen Zusammenhangs zur Ermittlung einer optimalen dynamischen Kombination der zumindest zwei Stellparameter. Zuletzt ist noch eine Regeleinheit vorgesehen für ein Verwenden der optimalen dynamischen Kombination für den folgenden Regelschritt bei der Regelung des wenigstens einen Kontrollparameters. Bei einer erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung ist die Erkennungseinheit, die Recheneinheit und/oder die Regeleinheit vorzugsweise für die Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Dementsprechend bringt eine erfindungsgemäße Kontrollvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
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1 eine Brennkraftmaschine als Basis eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine erfindungsgemäße Kontrollvorrichtung für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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3 eine alternative Kontrollvorrichtung für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4 eine alternative Kontrollvorrichtung für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahren und
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5 eine schematische Darstellung der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist schematisch eine vierzylindrige Brennkraftmaschine 200 dargestellt. Die mehrstufige Abgasturboaufladung ist mit einer Niederdruckturbine 210 und einer Hochdruckturbine 220 ausgestattet. Für beide einzelnen Turbostufen 210 und 220 ist jeweils ein entsprechendes Wastegate-Ventil 212 und 222 vorgesehen. Für diese Ausbildung einer Brennkraftmaschine 200 kann eine Kontrollvorrichtung 10 eingesetzt werden, wie sie zum Beispiel in den 2 bis 4 dargestellt ist.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung 10. Diese basiert grundsätzlich auf einer Erkennungseinheit 20, einer Recheneinheit 30 und einer Regeleinheit 40. Die drei Einheiten 20, 30 und 40 können beispielsweise auch in einer gemeinsamen Computereinheit zusammengefasst sein.
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In der Erkennungseinheit 20 erfolgt der erste Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Hier erfolgt der Eingang eines Ist-Werts 102 eines Kontrollparameters KP, zum Beispiel ausgehend von einer entsprechenden Sensoreinheit. Gleichzeitig befindet sich hier die Vorgabe eines Soll-Werts 104, welcher ebenfalls zum Beispiel von einer separaten Motorsteuerung zur Verfügung gestellt werden kann. Hier wird eine Regelabweichung 100 festgestellt, welche bei Identität des Soll-Werts 104 und des Ist-Werts 102 null beträgt.
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Gemäß 2 wird nun in einem ersten Teilschritt in der Recheneinheit 30 unter Berücksichtigung des Soll-Werts 104 mittels eines ersten Simulationsmodells 112 eine optimale stationäre Kombination 110 der zumindest zwei Stellparameter SP zur Verfügung gestellt bzw. ermittelt. Anschließend wird basierend auf einem zweiten Simulationsmodell 122 ein dynamischer funktionaler Zusammenhang 120 ermittelt. Dieser basiert in Form einer Kostenfunktion auf der optimalen stationären Kombination 110, der Regelabweichung 100 sowie einem Stellaufwand 130. Diese drei Elemente des funktionalen dynamischen Zusammenhangs 120 können Gewichtungen aufweisen, um entsprechende Regelungseinwirkungen zu verstärken oder abzuschwächen. In Korrelation mit dem zweiten Simulationsmodell 122 erfolgt hier eine Optimierung mit dem Ergebnis einer optimalen dynamischen Kombination 140 der zumindest zwei Stellparameter SP. Diese optimale dynamische Kombination 140 wird übergeben an die Regeleinheit 40, so dass genau diese ausgewählten Stellparameter SP der optimalen dynamischen Kombination 140 für die Regelung eingesetzt werden können.
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Wie aus der voranstehenden Beschreibung ersichtlich wird, erfolgt also eine Optimierungsschleife innerhalb der tatsächlichen Regelungsschleife. Die voranstehende Beschreibung erläutert einen Regelungsschritt. Anschließend wird sich die Regelabweichung verändert haben, da durch die Veränderung der Stellparameter SP entsprechend ein neuer Ist-Wert 102 sich ausgebildet hat. Die sich anschließende Regelungsschleife wird in gleicher Weise mit den neuen Parametern nochmals durchlaufen.
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3 zeigt eine Variation der erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung 10 gemäß 2. Hier wird eine Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt. Grundsätzlich erfolgt der Durchlauf in identischer Weise, so dass hier nur die Unterschiede erläutert werden. So wird bei dieser Ausführungsform eine statische Sollvorgabe 106 beim Schritt der stationären Kombination 110 berücksichtigt. Diese statische Sollvorgabe kann auch als Preselection bezeichnet werden, und kann insbesondere Einfluss nehmen auf eine grundsätzliche Bevorzugung oder Benachteiligung eines einzelnen spezifischen Stellparameters SP. Bei den Ausführungsformen der 3 ist darüber hinaus eine Iteration der Optimierung bei der Ausführung des funktionalen dynamischen Zusammenhangs 120 als Optimierungsschleife vorgesehen. Diese Iteration als Optimierungsschleife kann über einen definierten maximalen Zeitraum oder zum Beispiel über definierte maximale Iterationsschritte erfolgen. Auch kann eine Minimierung eines Fehlerterms Zielgröße der Iterationszahl sein.
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In 4 ist eine weitere Variation einer erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung 10 und eines entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Hier erfolgt nun das Ermitteln eines Simulations-Ist-Werts 108, welcher auf Basis des bestehenden Soll-Werts 104 in einem oder wie in dem Fall der 4 in beiden Simulationsmodellen 112 und 122 zugrunde gelegt wird. Im Ergebnis wird der Ist-Wert 102 mit dem entsprechenden Simulations-Ist-Wert 108 verglichen, so dass ein Fehlerterm 109 diesen Unterschied wiedergibt. Dieser Fehlerterm 109 wird nun in dem jeweiligen Simulationsmodell 112 und/oder 122 berücksichtigt.
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In der 5 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Hier werden insbesondere die drei Schritte, welche bei einem erfindungsgemäßen Verfahren durchlaufen werden können, besonders gut deutlich. So startet hier das Verfahren mit der Vorgabe einer statischen Soll-Vorgabe 106. Dieser Schritt kann auch als PreTarget bezeichnet werden. Für diesen Schritt können zum Beispiel die Motordrehzahl und/oder der Ladedruck als Soll-Werte 104 eingebracht werden. Anschließend erfolgt die Übergabe an eine optimale stationäre Kombination 110, welche auch als Target Selector bezeichnet werden kann. Hier erfolgt eine statische Optimierung insbesondere unter Berücksichtigung des Ladedrucks als Soll-Wert 104. Abschließend erfolgt die Übergabe an den dynamischen Zusammenhang 120 nach welchem die dynamische Optimierung durchgeführt wird. Hier kann nun auch der Ist-Wert 102 des Ladedrucks Berücksichtigung finden. Im Ergebnis kann auf diese Weise die optimale dynamische Kombination 140 für die Stellparameter SP erzielt werden.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kontrollvorrichtung
- 20
- Erkennungseinheit
- 30
- Recheneinheit
- 40
- Regeleinheit
- 100
- Regelabweichung
- 102
- Ist-Wert
- 104
- Soll-Wert
- 106
- statische Soll-Vorgabe
- 108
- Simulations-Ist-Wert
- 109
- Fehlerterm
- 110
- optimale stationäre Kombination
- 112
- erstes Simulationsmodell
- 120
- funktionaler dynamischer Zusammenhang
- 122
- zweites Simulationsmodell
- 130
- Stellaufwand
- 140
- optimale dynamische Kombination
- 200
- Brennkraftmaschine
- 210
- Niederdruckstufe
- 212
- Waste-Gate
- 220
- Hochdruckstufe
- 222
- Waste-Gate
- SP
- Stellparameter
- KP
- Kontrollparameter
