DE102015109569A1

DE102015109569A1 - Systeme und verfahren zur steuerung einer motordrehzahl

Info

Publication number: DE102015109569A1
Application number: DE102015109569.6A
Authority: DE
Inventors: José C. Zavala Jurado; Joshua D. Cowgill
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-06-19
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2035-06-17
Also published as: CN105201672A; DE102015109569B4; CN105201672B; US20150369146A1; US9599049B2

Abstract

Ein Ziel-Motordrehzahlmodul legt M Ziel-Motordrehzahlen jeweils für M zukünftige Zeitpunkte basierend auf einer Zunahme oder einer Abnahme einer Motordrehzahl selektiv fest. Ein Voraussagemodul ermittelt basierend auf einem Satz möglicher Zielwerte für die M zukünftigen Zeitpunkte und einem Modell eines Motors jeweils M vorausgesagte Motordrehzahlen für die M zukünftigen Zeitpunkte. Ein Kostenmodul ermittelt Kosten für den Satz möglicher Zielwerte basierend auf Vergleichen der M vorausgesagten Motordrehzahlen für die M zukünftigen Zeitpunkte jeweils mit den M Ziel-Motordrehzahlen für die M zukünftigen Zeitpunkte. Ein Auswahlmodul wählt basierend auf den Kosten den Satz möglicher Zielwerte aus einer Gruppe aus, die den Satz möglicher Zielwerte und N andere Sätze möglicher Zielwerte umfasst, und es legt Zielwerte basierend auf dem ausgewählten Satz möglicher Zielwerte fest. Ein Aktuatormodul steuert einen Motoraktuator basierend auf einem ersten der Zielwerte.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere Motorsteuersysteme und -verfahren für Fahrzeuge.
HINTERGRUND
Die hier vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient zu dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Sowohl die Arbeit der derzeit genannten Erfinder, in dem Maß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, als auch Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Einreichung nicht auf andere Weise als Stand der Technik gelten, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung zugelassen.
Verbrennungsmotoren verbrennen ein Luft- und Kraftstoffgemisch in Zylindern, um Kolben anzutreiben, was ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Eine Luftströmung in den Motor wird mittels einer Drossel geregelt. Spezieller stellt die Drossel eine Drosselfläche ein, was die Luftströmung in den Motor vergrößert oder verkleinert. Wenn die Drosselfläche zunimmt, nimmt die Luftströmung in den Motor zu. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate ein, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, um ein Soll-Luft/Kraftstoffgemisch an die Zylinder zu liefern und/oder eine Soll-Drehmomentausgabe zu erreichen. Eine Erhöhung der Menge an Luft und Kraftstoff, die an die Zylinder geliefert werden, vergrößert die Drehmomentausgabe des Motors.
Bei Motoren mit Funkenzündung löst ein Zündfunken die Verbrennung eines Luft/Kraftstoffgemischs aus, das an die Zylinder geliefert wird. Bei Motoren mit Kompressionszündung verbrennt die Kompression in den Zylindern das Luft/Kraftstoffgemisch, das an die Zylinder geliefert wird. Der Zündfunkenzeitpunkt und die Luftströmung können die primären Mechanismen zum Einstellen der Drehmomentausgabe der Motoren mit Funkenzündung sein, während die Kraftstoffströmung der primäre Mechanismus zum Einstellen der Drehmomentausgabe der Motoren mit Kompressionszündung sein kann.
Motorsteuersysteme wurden entwickelt, um das Motorausgangsdrehmoment zum Erreichen eines Soll-Drehmoments zu steuern. Herkömmliche Motorsteuersysteme steuern das Motorausgangsdrehmoment jedoch nicht so genau wie gewünscht. Ferner liefern herkömmliche Motorsteuersysteme kein schnelles Ansprechen auf Steuersignale oder stimmen die Motordrehmomentsteuerung nicht zwischen verschiedenen Einrichtungen ab, die das Motorausgangsdrehmoment beeinflussen.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Merkmal wird ein Motorsteuersystem eines Fahrzeugs offenbart. Ein Ziel-Motordrehzahlmodul legt M Ziel-Motordrehzahlen jeweils für M zukünftige Zeitpunkte basierend auf einer Zunahme oder einer Abnahme einer Motordrehzahl selektiv fest. M ist eine ganze Zahl größer als Eins. Ein Voraussagemodul ermittelt basierend auf einem Satz möglicher Zielwerte für die M zukünftigen Zeitpunkte und einem Modell eines Motors jeweils M vorausgesagte Motordrehzahlen für die M zukünftigen Zeitpunkte. Ein Kostenmodul ermittelt Kosten für den Satz möglicher Zielwerte basierend auf Vergleichen der M vorausgesagten Motordrehzahlen für die M zukünftigen Zeitpunkte jeweils mit den M Ziel-Motordrehzahlen für die M zukünftigen Zeitpunkte. Ein Auswahlmodul wählt basierend auf den Kosten den Satz möglicher Zielwerte aus einer Gruppe aus, die den Satz möglicher Zielwerte und N andere Sätze möglicher Zielwerte umfasst, wobei N eine ganz Zahl größer als Null ist, und es legt Zielwerte basierend auf dem ausgewählten Satz möglicher Zielwerte fest. Ein Aktuatormodul steuert einen Motoraktuator basierend auf einem ersten der Zielwerte.
Gemäß weiteren Merkmalen ermittelt das Voraussagemodul ferner basierend auf dem Satz möglicher Zielwerte und dem Modell des Motors jeweils M vorausgesagte Einlasskrümmerdrücke für die M zukünftigen Zeitpunkte; und das Kostenmodul ermittelt die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte ferner basierend auf Vergleichen der M vorausgesagten Einlasskrümmerdrücke jeweils mit M Einlasskrümmer-Druckbereichen für die M zukünftigen Zeitpunkte.
Gemäß noch weiteren Merkmalen ermittelt ein Beschränkungsmodul die M Einlasskrümmer-Druckbereiche für die M zukünftigen Zeitpunkte basierend auf einer minimalen und einer maximalen Luft pro Zylinder (einer minimalen und einer maximalen APC) des Motors und zumindest einer Motordrehzahl.
Gemäß noch weiteren Merkmalen ermittelt das Voraussagemodul ferner basierend auf dem Satz möglicher Zielwerte und dem Modell des Motors jeweils M vorausgesagte Drehmomentausgaben des Motors für die M zukünftigen Zeitpunkte; und das Kostenmodul ermittelt die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte ferner basierend auf Vergleichen der M vorausgesagten Drehmomente jeweils mit M Motordrehmoment-Ausgabebereichen für die M zukünftigen Zeitpunkte.
Gemäß weiteren Merkmalen ermittelt ein Beschränkungsmodul die M Motordrehmoment-Ausgabebereiche für die M zukünftigen Zeitpunkte basierend auf jeweils M Einlasskrümmer-Druckbereichen für die M zukünftigen Zeitpunkte und zumindest einer Motordrehzahl.
Gemäß noch weiteren Merkmalen ermittelt das Voraussagemodul ferner basierend auf dem Satz möglicher Zielwerte und dem Modell des Motors jeweils M vorausgesagte Einlasskrümmerdrücke für die M zukünftigen Zeitpunkte; und das Kostenmodul ermittelt die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte ferner basierend auf Vergleichen der M vorausgesagten Einlasskrümmerdrücke jeweils mit den M Einlasskrümmer-Druckbereichen für die M zukünftigen Zeitpunkte.
Gemäß noch weiteren Merkmalen legt das Ziel-Motordrehzahlmodul die M Ziel-Motordrehzahlen jeweils für die M zukünftigen Zeitpunkte für ein Herunterschalten eines Getriebes basierend auf einer Zunahme der Motordrehzahl fest.
Gemäß weiteren Merkmalen legt das Ziel-Motordrehzahlmodul die M Ziel-Motordrehzahlen jeweils für die M zukünftigen Zeitpunkte für ein Hochschalten eines Getriebes basierend auf einer Abnahme der Motordrehzahl fest.
Gemäß noch weiteren Merkmalen wählt das Auswahlmodul den Satz möglicher Zielwerte aus der Gruppe basierend darauf aus, dass die Kosten jeweils kleiner als die Kosten der N anderen Sätze möglicher Zielwerte sind.
Gemäß noch weiteren Merkmalen steuert ein Ladedruck-Aktuatormodul eine Öffnung eines Ladedruck-Regelventils eines Turboladers basierend auf einem zweiten der Zielwerte; ein Abgasrückführungs-Aktuatormodul (AGR-Aktuatormodul) steuert eine Öffnung eines AGR-Ventils basierend auf einem dritten der Zielwerte; ein Phasensteller-Aktuatormodul steuert eine Einlass- und eine Auslass-Ventilphaseneinstellung basierend auf einem vierten bzw. einem fünften der Zielwerte; ein Zündfunken-Aktuatormodul steuert einen Zündfunkenzeitpunkt basierend auf einem sechsten der Zielwerte; und ein Kraftstoff-Aktuatormodul steuert eine Kraftstoffzufuhr basierend auf einem siebten der Zielwerte. Das Aktuatormodul steuert die Öffnung eines Drosselventils basierend auf dem einen der Zielwerte.
Gemäß einem Merkmal wird ein Motorsteuerverfahren für ein Fahrzeug offenbart. Das Motorsteuerverfahren umfasst: dass M Ziel-Motordrehzahlen jeweils für M zukünftige Zeitpunkte basierend auf einer Zunahme oder einer Abnahme einer Motordrehzahl selektiv festgelegt werden, wobei M eine ganze Zahl größer als Eins ist; dass basierend auf einem Satz möglicher Zielwerte für die M zukünftigen Zeitpunkte und einem Modell eines Motors jeweils M vorausgesagte Motordrehzahlen für die M zukünftigen Zeitpunkte ermittelt werden; dass Kosten für den Satz möglicher Zielwerte basierend auf Vergleichen der M vorausgesagten Motordrehzahlen für die M zukünftigen Zeitpunkte jeweils mit den M Ziel-Motordrehzahlen für die M zukünftigen Zeitpunkte ermittelt werden; dass basierend auf den Kosten der Satz möglicher Zielwerte aus einer Gruppe ausgewählt wird, die den Satz möglicher Zielwerte und N andere Sätze möglicher Zielwerte umfasst, wobei N eine ganze Zahl größer als Null ist; dass Zielwerte basierend auf dem ausgewählten Satz möglicher Zielwerte festgelegt werden; und dass ein Motoraktuator basierend auf einem ersten der Zielwerte gesteuert wird.
Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Motorsteuerverfahren ferner: dass basierend auf dem Satz möglicher Zielwerte und dem Modell des Motors jeweils M vorausgesagte Einlasskrümmerdrücke für die M zukünftigen Zeitpunkte ermittelt werden; und dass die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte ferner basierend auf Vergleichen der M vorausgesagten Einlasskrümmerdrücke jeweils mit M Einlasskrümmer-Druckbereichen ermittelt werden.
Gemäß noch weiteren Merkmalen umfasst das Motorsteuerverfahren ferner, dass die M Einlasskrümmer-Druckbereiche für die M zukünftigen Zeitpunkte basierend auf einer minimalen und einer maximalen Luft pro Zylinder (einer minimalen und einer maximalen APC) des Motors und zumindest einer Motordrehzahl ermittelt werden.
Gemäß noch weiteren Merkmalen umfasst das Motorsteuerverfahren ferner: dass basierend auf dem Satz möglicher Zielwerte und dem Modell des Motors jeweils M vorausgesagte Drehmomentausgaben des Motors für die M zukünftigen Zeitpunkte ermittelt werden; und dass die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte ferner basierend auf Vergleichen der M vorausgesagten Drehmomente jeweils mit M Motordrehmoment-Ausgabebereichen für die M zukünftigen Zeitpunkte ermittelt werden.
Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Motorsteuerverfahren ferner, dass die M Motordrehmoment-Ausgabebereiche für die M zukünftigen Zeitpunkte basierend auf jeweils M Einlasskrümmer-Druckbereichen für die M zukünftigen Zeitpunkte und zumindest einer Motordrehzahl ermittelt werden.
Gemäß noch weiteren Merkmalen umfasst das Motorsteuerverfahren ferner: dass basierend auf dem Satz möglicher Zielwerte und dem Modell des Motors jeweils M vorausgesagte Einlasskrümmerdrücke für die M zukünftigen Zeitpunkte ermittelt werden; und dass die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte ferner basierend auf Vergleichen der M vorausgesagten Einlasskrümmerdrücke jeweils mit den M Einlasskrümmer-Druckbereichen für die M zukünftigen Zeitpunkte ermittelt werden.
Gemäß noch weiteren Merkmalen umfasst das Motorsteuerverfahren ferner, dass die M Ziel-Motordrehzahlen jeweils für die M zukünftigen Zeitpunkte für ein Herunterschalten eines Getriebes basierend auf einer Zunahme der Motordrehzahl festgelegt werden.
Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Motorsteuerverfahren ferner, dass die M Ziel-Motordrehzahlen jeweils für die M zukünftigen Zeitpunkte für ein Hochschalten eines Getriebes basierend auf einer Abnahme der Motordrehzahl festgelegt werden.
Gemäß noch weiteren Merkmalen umfasst das Motorsteuerverfahren ferner, dass der Satz möglicher Zielwerte aus der Gruppe basierend darauf ausgewählt wird, dass die Kosten jeweils kleiner als die Kosten der N anderen Sätze möglicher Zielwerte sind.
Gemäß noch weiteren Merkmalen umfasst das Motorsteuerverfahren ferner: dass eine Öffnung eines Ladedruck-Regelventils eines Turboladers basierend auf einem zweiten Zielwerte gesteuert wird; dass eine Öffnung eines Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils) basierend auf einem dritten der Zielwerte gesteuert wird; dass eine Einklass- und eine Auslass-Ventilphaseneinstellung basierend auf einem vierten bzw. einem fünften der Zielwerte gesteuert werden; dass ein Zündfunkenzeitpunkt basierend auf einem sechsten der Zielwerte gesteuert wird; dass eine Kraftstoffzufuhr basierend auf einem siebten der Zielwerte gesteuert wird, wobei das Steuern des Motoraktuators basierend auf dem ersten der Zielwerte umfasst, dass eine Öffnung eines Drosselventils basierend auf dem ersten der Zwischenwelle gesteuert wird.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden anhand der ausführlichen Beschreibung, der Ansprüche und der Zeichnungen offensichtlich werden. Die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele sind nur zu Darstellungszwecken gedacht und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:
1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Zielerzeugungsmoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
4 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines Drosselventils, einer Einlass- und einer Auslass-Ventilphaseneinstellung, eines Ladedruck-Regelventils, eines Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils), eines Zündfunkenzeitpunkts und einer Kraftstoffzufuhr gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
In den Zeichnungen können Bezugszeichen erneut verwendet werden, um ähnliche und/oder identische Elemente zu identifizieren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Motorsteuermodul (ECM) steuert eine Drehmomentausgabe eines Motors. Spezieller steuert das ECM Aktuatoren des Motors jeweils basierend auf Zielwerten, die basierend auf einem angeforderten Betrag eines Drehmoments ausgewählt werden. Beispielsweise steuert das ECM eine Einlass- und eine Auslass-Nockenphaseneinstellung basierend auf einem Ziel-Einlass- und einem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel, ein Drosselventil basierend auf einer Ziel-Drosselöffnung, ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) basierend auf einer Ziel-AGR-Öffnung und ein Ladedruck-Regelventil eines Turboladers basierend auf einem Ziel-Tastverhältnis für das Ladedruck-Regelventil. Das ECM steuert auch den Zündfunkenzeitpunkt basierend auf einem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt und eine Kraftstoffzufuhr basierend auf Ziel-Kraftstoffzufuhrparametern.
Das ECM könnte die Zielwerte einzeln unter Verwendung mehrerer Controller mit einer einzigen Eingabe und einer einzigen Ausgabe (SISO-Controllern) ermitteln, wie beispielsweise unter Verwendung von Proportional-Integral-Ableitungscontrollern (PID-Controllern). Wenn mehrere SISO-Controller verwendet werden, können die Zielwerte jedoch derart festgelegt werden, dass die Systemstabilität zu Lasten möglicher Kraftstoffverbrauchsverringerungen aufrechterhalten wird. Zusätzlich können die Kalibrierung und die Konstruktion der einzelnen SISO-Controller teuer und zeitaufwendig sein.
Das ECM der vorliegenden Offenbarung identifiziert mögliche Sätze von Zielwerten. Das ECM ermittelt vorausgesagte Parameter für jeden der möglichen Sätze basierend auf den Zielwerten der möglichen Sätze und einem mathematischen Modell des Motors. Beispielsweise kann das ECM vorausgesagte Motordrehmomente, vorausgesagte Motordrehzahlen, vorausgesagte Krümmerdrücke und einen oder mehrere andere vorausgesagte Parameter für jeden der möglichen Sätze von Zielwerten ermitteln.
Das ECM kann auch Kosten ermitteln, die mit der Verwendung jedes der möglichen Sätze verbunden sind. Beispielsweise können die Kosten eines möglichen Satzes, von dem vorausgesagt wird, dass er einer Motordrehmomentanforderung enger folgt, geringer als diejenigen anderer möglicher Sätze sein, von denen nicht erwartet wird, dass sie der Motordrehmomentanforderung derart eng folgen. Das ECM kann einen möglichen Satz auswählen, der die geringsten Kosten aufweist, um dadurch der Motordrehmomentanforderung so eng wie möglich zu folgen.
Unter bestimmten Umständen können Änderungen in der Motordrehzahl antizipiert werden, bevor die Änderung tatsächlich auftritt. Beispielsweise können Änderungen in der Motordrehzahl antizipiert werden, wenn ein Gangwechsel ausgeführt wird, und unter anderen Bedingungen. Beispielsweise kann die Motordrehzahl für ein Herunterschalten eines Getriebes zunehmen, und sie kann für ein Hochschalten eines Getriebes abnehmen.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden die Kosten ferner basierend auf einer Ziel-Motordrehzahltrajektorie ermittelt. Das ECM wählt daher einen möglichen Satz aus, der ermöglicht, dass der Motor die Drehmomentanforderung erreicht und der Ziel-Motordrehzahltrajektorie folgt. Dies ermöglicht, dass der Motor Motordrehzahländerungen glatter ausführt.
Nun auf 1 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 weist einen Motor 102 auf, der ein Luft/Kraftstoffgemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug basierend auf einer Fahrereingabe von einem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Der Motor 102 kann ein Benzin-Verbrennungsmotor mit Funkenzündung sein.
Luft wird durch ein Drosselventil 112 in einen Einlasskrümmer 110 eingelassen. Lediglich beispielhaft kann das Drosselventil 112 eine Drosselklappe mit einem drehbaren Blatt umfassen. Ein Motorsteuermodul (ECM) 114 steuert ein Drossel-Aktuatormodul 116, welches das Öffnen des Drosselventils 112 regelt, um die Luftmenge zu steuern, die in den Einlasskrümmer 110 eingelassen wird.
Luft aus dem Einlasskrümmer 110 wird in Zylinder des Motors 102 eingelassen. Obgleich der Motor 102 mehrere Zylinder aufweisen kann, ist zu Darstellungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Lediglich beispielhaft kann der Motor 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen. Das ECM 114 kann ein Zylinder-Aktuatormodul 120 anweisen, einige der Zylinder selektiv zu deaktivieren, was die Kraftstoffwirtschaftlichkeit unter bestimmten Motorbetriebsbedingungen verbessern kann.
Der Motor 102 kann unter Verwendung eines Viertakt-Motorzyklus arbeiten. Die vier Takte, die nachstehend beschrieben sind, werden als der Einlasstakt, der Kompressionstakt, der Verbrennungstakt und der Auslasstakt bezeichnet. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) treten zwei der vier Takte in dem Zylinder 118 auf. Daher sind zwei Kurbelwellenumdrehungen für den Zylinder 118 notwendig, um alle vier Takte zu durchlaufen.
Während des Einlasstakts wird Luft aus dem Einlasskrümmer 110 durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 eingelassen. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoff-Aktuatormodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung regelt, um ein Ziel-Luft/Kraftstoffverhältnis zu erreichen. Kraftstoff kann an einem zentralen Ort oder an mehreren Orten, wie z. B. in der Nähe des Einlassventils 122 jedes der Zylinder, in den Einlasskrümmer 110 eingespritzt werden. Bei verschiedenen Implementierungen (nicht gezeigt) kann der Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in Mischkammern, die den Zylindern zugeordnet sind, eingespritzt werden. Das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 kann die Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder stoppen, die deaktiviert sind.
Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 118. Während des Kompressionstakts komprimiert ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 das Luft/Kraftstoffgemisch. Ein Zündfunken-Aktuatormodul 126 aktiviert eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118 basierend auf einem Signal von dem ECM 114, welche das Luft/Kraftstoffgemisch zündet. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu der Zeit spezifiziert werden, zu der sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird.
Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann durch ein Zeitpunktsignal gesteuert werden, das spezifiziert, wie weit vor oder nach dem TDC der Zündfunken erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition mit der Kurbelwellendrehung in direkter Beziehung steht, kann der Betrieb des Zündfunken-Aktuatormoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert werden. Das Erzeugen des Zündfunkens kann als ein Zündungsereignis bezeichnet werden. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann die Fähigkeit aufweisen, den Zeitpunkt des Zündfunkens für jedes Zündungsereignis zu variieren. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann den Zündfunkenzeitpunkt für ein nächstes Zündungsereignis variieren, wenn der Zündfunkenzeitpunkt zwischen einem letzten Zündungsereignis und dem nächsten Zündungsereignis verändert wird. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann die Lieferung des Zündfunkens an die deaktivierten Zylinder stoppen.
Während des Verbrennungstakts treibt die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs den Kolben weg von dem TDC, wodurch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Verbrennungstakt kann als die Zeit zwischen dem Erreichen des TDC durch den Kolben und der Zeit definiert werden, zu welcher der Kolben einen unteren Totpunkt (BDC) erreicht. Während des Auslasstakts beginnt der Kolben, sich wieder von dem BDC weg zu bewegen, und er treibt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 heraus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden mittels eines Abgassystems 134 aus dem Fahrzeug ausgestoßen.
Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) für den Zylinder 118 und/oder die Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) mehrerer Reihen von Zylindern (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 und/oder die Auslassventile (einschließlich des Auslassventils 130) für mehrere Reihen von Zylindern (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Bei verschiedenen anderen Implementierungen können das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 durch andere Einrichtungen als Nockenwellen gesteuert werden, wie beispielsweise durch nockenlose Ventilaktuatoren. Das Zylinder-Aktuatormodul 120 kann den Zylinder 118 deaktivieren, indem das Öffnen des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 deaktiviert wird.
Die Zeit, zu der das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann durch einen Einlass-Nockenphasensteller 148 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Die Zeit, zu der das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann durch einen Auslass-Nockenphasensteller 150 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Ein Phasensteller-Aktuatormodul 158 kann den Einlass-Nockenphasensteller 148 und den Auslass-Nockenphasensteller 150 basierend auf Signalen von dem ECM 114 steuern. Wenn er implementiert ist, kann ein variabler Ventilhub (nicht gezeigt) ebenso durch das Phasensteller-Aktuatormodul 158 gesteuert werden.
Das Motorsystem 100 kann einen Turbolader aufweisen, der eine heiße Turbine 160-1 aufweist, die durch heiße Abgase angetrieben wird, die durch das Abgassystem 134 strömen. Der Turbolader weist auch einen von der Turbine 160-1 angetriebenen Kompressor 160-2 für kalte Luft auf. Der Kompressor 160-2 komprimiert die Luft, die in das Drosselventil 112 geführt wird. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein von der Kurbelwelle angetriebener Turbokompressor (nicht gezeigt) Luft von dem Drosselventil 112 komprimieren und die komprimierte Luft an den Einlasskrümmer 110 liefern.
Ein Ladedruck-Regelventil 162 kann dem Abgas ermöglichen, an der Turbine 160-1 vorbeizuströmen, wodurch der Ladedruck (der Betrag der Einlassluftkompression), der durch den Turbolader geliefert wird, verringert wird. Ein Ladedruck-Aktuatormodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers steuern, indem eine Öffnung des Ladedruck-Regelventils 162 gesteuert wird. Bei verschiedenen Implementierungen können zwei oder mehr Turbolader implementiert sein und durch das Ladedruck-Aktuatormodul 164 gesteuert werden.
Ein Luftkühler (nicht gezeigt) kann Wärme von der komprimierten Luftladung auf ein Kühlungsmedium übertragen, beispielsweise auf ein Motorkühlmittel oder auf Luft. Ein Luftkühler, der die komprimierte Luftladung unter Verwendung eines Motorkühlmittels kühlt, kann als ein Zwischenkühler bezeichnet werden. Ein Luftkühler, der die komprimierte Luftladung unter Verwendung von Luft kühlt, kann als ein Ladungsluftkühler bezeichnet werden. Die komprimierte Luftladung kann Wärme beispielsweise mittels der Kompression und/oder von Komponenten des Abgassystems 134 aufnehmen. Obwohl sie zu Darstellungszwecken getrennt gezeigt sind, können die Turbine 160-1 und der Kompressor 160-2 aneinander befestigt sein und die Einlassluft in die unmittelbare Nähe des heißen Abgases bringen.
Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 170 aufweisen, das Abgas selektiv zurück zu dem Einlasskrümmer 110 zurückleitet. Das AGR-Ventil 170 kann stromaufwärts der Turbine 160-1 des Turboladers angeordnet sein. Das AGR-Ventil 170 kann durch ein AGR-Aktuatormodul 172 basierend auf Signalen von dem ECM 114 gesteuert werden.
Eine Position der Kurbelwelle kann unter Verwendung eines Kurbelwellen-Positionssensors 180 gemessen werden. Eine Drehzahl der Kurbelwelle (eine Motordrehzahl) kann basierend auf der Position der Kurbelwelle ermittelt werden. Eine Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors (ECT-Sensors) 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann in dem Motor 102 oder an anderen Orten angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert, wie beispielsweise in einem Kühler (nicht gezeigt).
Ein Druck in dem Einlasskrümmer 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 184 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorvakuum gemessen werden, das die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 110 ist. Eine Luftmassenströmungsrate in den Einlasskrümmer 110 kann unter Verwendung eines Luftmassenströmungssensors (MAF-Sensors) 186 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse angeordnet sein, das auch das Drosselventil 112 umfasst.
Das Drossel-Aktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 190 überwachen. Eine Umgebungstemperatur der Luft, die in den Motor 102 eingelassen wird, kann unter Verwendung eines Einlassluft-Temperatursensors (IAT-Sensors) 192 gemessen werden. Das Motorsystem 100 kann auch einen oder mehrere andere Sensoren 193 umfassen, wie beispielsweise einen Umgebungsfeuchtigkeitssensor, einen oder mehrere Klopfsensoren, einen Kompressor-Auslassdrucksensor und/oder einen Drossel-Einlassdrucksensor, einen Positionssensor für das Ladedruck-Regelventil, einen AGR-Positionssensor und/oder einen oder mehrere andere geeignete Sensoren. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
Das ECM 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 in Verbindung stehen, um Gangwechsel in einem Getriebe (nicht gezeigt) abzustimmen. Beispielsweise kann das ECM 114 das Motordrehmoment während eines Gangwechsels verringern. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 in Verbindung stehen, um den Betrieb des Motors 102 und eines Elektromotors 198 abzustimmen.
Der Elektromotor 198 kann auch als ein Generator funktionieren, und er kann verwendet werden, um elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Systeme des Fahrzeugs und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. Bei verschiedenen Implementierungen können verschiedene Funktionen des ECM 114, des Getriebesteuermoduls 194 und des Hybridsteuermoduls 196 in ein oder mehrere Module integriert werden.
Jedes System, das einen Motorparameter variiert, kann als ein Motoraktuator bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Drossel-Aktuatormodul 116 die Öffnung des Drosselventils 112 einstellen, um eine Ziel-Drosselöffnungsfläche zu erreichen. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 steuert die Zündkerzen, um einen Ziel-Zündfunkenzeitpunkt relativ zu dem Kolben-TDC zu erreichen. Das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 steuert die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, um Ziel-Kraftstoffzufuhrparameter zu erreichen. Das Phasensteller-Aktuatormodul 158 kann den Einlass- und den Auslass-Nockenphasensteller 148 und 150 steuern, um einen Ziel-Einlass- bzw. einen Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel zu erreichen. Das AGR-Aktuatormodul 172 kann das AGR-Ventil 170 steuern, um eine Ziel-AGR-Öffnungsfläche zu erreichen. Das Ladedruck-Aktuatormodul 164 steuert das Ladedruck-Regelventil 162, um eine Ziel-Öffnungsfläche für das Ladedruck-Regelventil zu erreichen. Das Zylinder-Aktuatormodul 120 steuert eine Zylinderdeaktivierung, um eine Zielanzahl von aktivierten oder deaktivierten Zylindern zu erreichen.
Das ECM 114 erzeugt die Zielwerte für die Motoraktuatoren, um zu bewirken, dass der Motor 102 ein Ziel-Motorausgangsdrehmoment erzeugt. Das ECM 114 erzeugt die Zielwerte für die Motoraktuatoren unter Verwendung einer Steuerung mittels eines voraussagenden Modells, wie es nachstehend weiter diskutiert wird.
Nun auf 2 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems dargestellt. Ein Fahrerdrehmomentmodul 202 ermittelt eine Fahrerdrehmomentanforderung 204 basierend auf einer Fahrereingabe 206 von dem Fahrereingabemodul 104. Die Fahrereingabe 206 kann beispielsweise auf einer Gaspedalposition und/oder einer Bremspedalposition basieren. Die Fahrereingabe 206 kann auch auf einem Tempomat basieren, der ein adaptives Tempomatsystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um eine vorbestimmte Nachfolgedistanz aufrechtzuerhalten. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine oder mehrere Abbildungen der Gaspedalposition auf ein Ziel-Drehmoment speichern, und es kann die Fahrerdrehmomentanforderung 204 basierend auf einer Ausgewählten der Abbildungen ermitteln. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann auch einen oder mehrere Filter anwenden, um Änderungen in der Fahrerdrehmomentanforderung 204 bezüglich der Rate zu begrenzen.
Ein Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 208 vermittelt zwischen der Fahrerdrehmomentanforderung 204 und anderen Achsendrehmomentanforderungen 210. Ein Achsendrehmoment (Drehmoment an den Rädern) kann durch verschiedene Quellen erzeugt werden, die einen Verbrennungsmotor und/oder einen Elektromotor umfassen. Beispielsweise können die Achsendrehmomentanforderungen 210 eine Drehmomentverringerung umfassen, die von einem Traktionssteuersystem angefordert wird, wenn ein positiver Radschlupf detektiert wird. Ein positiver Radschlupf tritt auf, wenn das Achsendrehmoment die Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche überwindet und die Räder beginnen, gegenüber der Straßenoberfläche zu rutschen. Die anderen Achsendrehmomentanforderungen 210 können auch eine Anforderung einer Drehmomentzunahme umfassen, um einem negativen Radschlupf entgegenwirken, bei dem ein Reifen des Fahrzeugs bezogen auf die Straßenoberfläche in der anderen Richtung rutscht, da das Achsendrehmoment negativ ist.
Die Achsendrehmomentanforderungen 210 können auch Bremsmanagementanforderungen und Drehmomentanforderungen aufgrund überhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen. Bremsmanagementanforderungen können das Achsendrehmoment verringern, um sicherzustellen, dass das Achsendrehmoment nicht die Fähigkeit der Bremsen übersteigt, das Fahrzeug zu halten, wenn das Fahrzeug gestoppt wird. Die Drehmomentanforderungen aufgrund überhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit können das Achsendrehmoment verringern, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet. Die Achsendrehmomentanforderungen 210 können auch von Fahrzeugstabilitäts-Kontrollsystemen erzeugt werden.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 208 gibt eine Achsendrehmomentanforderung 212 basierend auf den Ergebnissen einer Vermittlung zwischen den empfangenen Achsendrehmomentanforderungen 204 und 210 aus. Wie nachstehend beschrieben ist, kann die Achsendrehmomentanforderung 212 von dem Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 208 durch andere Module des ECM 114 selektiv angepasst werden, bevor sie verwendet wird, um die Motoraktuatoren zu steuern.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 208 kann die Achsendrehmomentanforderung 212 an ein Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 214 ausgeben. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 208 die Achsendrehmomentanforderung 212 an ein Hybridoptimierungsmodul (nicht gezeigt) ausgeben. Das Hybridoptimierungsmodul kann ermitteln, wie viel Drehmoment durch den Motor 102 erzeugt werden sollte und wie viel Drehmoment durch den Elektromotor 198 erzeugt werden sollte. Das Hybridoptimierungsmodul gibt dann eine modifizierte Drehmomentanforderung an das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 214 aus.
Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 214 wandelt die Achsendrehmomentanforderung 212 von einer Achsendrehmomentdomäne (Drehmoment an den Rädern) in eine Antriebsdrehmomentdomäne (Drehmoment an der Kurbelwelle) um. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 214 vermittelt zwischen der (umgewandelten) Achsendrehmomentanforderung 212 und anderen Antriebsdrehmomentanforderungen 216. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 214 erzeugt eine Antriebsdrehmomentanforderung 218 als ein Ergebnis der Vermittlung.
Die Antriebsdrehmomentanforderungen 216 können beispielsweise Drehmomentverringerungen zum Schutz vor überhöhter Motordrehzahl, Drehmomentzunahmen zum Verhindern eines Abwürgens und Drehmomentverringerungen umfassen, die von dem Getriebesteuermodul 194 angefordert werden, um Gangwechsel aufzunehmen. Die Antriebsdrehmomentanforderungen 216 können auch aus einer Kraftstoffabschaltung wegen der Kupplung resultieren, die das Motorausgangsdrehmoment dann verringert, wenn der Fahrer bei einem Fahrzeug mit Schaltgetriebe das Kupplungspedal niederdrückt, um ein Aufbrausen der Motordrehzahl zu verhindern.
Die Antriebsdrehmomentanforderungen 216 können auch eine Motorabschaltanforderung umfassen, die ausgelöst werden kann, wenn ein kritischer Fehler detektiert wird. Lediglich beispielhaft können die kritischen Fehler die Detektion eines Fahrzeugdiebstahls, einen blockierten Anlasser, Probleme mit der elektronischen Drosselsteuerung und unerwartete Drehmomentzunahmen umfassen. Bei verschiedenen Implementierungen wählt die Vermittlung dann, wenn eine Motorabschaltanforderung vorliegt, die Motorabschaltanforderung als die gewinnende Anforderung aus. Wenn die Motorabschaltanforderung vorliegt, kann das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 214 Null für die Antriebsdrehmomentanforderung 218 ausgeben.
Bei verschiedenen Implementierungen kann eine Motorabschaltanforderung den Motor 102 separat von dem Vermittlungsprozess einfach abschalten. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 214 kann die Motorabschaltanforderung weiterhin empfangen, so dass beispielsweise geeignete Daten zu den anderen Drehmomentanforderern zurückgeführt werden können. Beispielsweise können alle anderen Drehmomentanforderer informiert werden, dass sie die Vermittlung verloren haben.
Ein Zielerzeugungsmodul 220 (siehe auf 3) erzeugt Zielwerte für die Motoraktuatoren basierend auf der Antriebsdrehmomentanforderung 218 und anderen Parametern, wie nachstehend weiter diskutiert wird. Das Zielerzeugungsmodul 220 erzeugt die Zielwerte unter Verwendung einer Modellvoraussagesteuerung (MPC). Die Antriebsdrehmomentanforderung 218 kann ein Bremsdrehmoment sein. Das Bremsdrehmoment kann sich auf ein Drehmoment an der Kurbelwelle unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen beziehen.
Die Zielwerte umfassen eine Ziel-Öffnungsfläche 230 für ein Ladedruck-Regelventil, eine Ziel-Drosselöffnungsfläche 232, eine Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234, einen Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 236 und einen Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 238. Die Zielwerte umfassen auch einen Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 240, eine Zielanzahl 242 von zu aktivierenden Zylindern und Ziel-Kraftstoffzufuhrparameter 244. Das Ladedruck-Aktuatormodul 164 steuert das Ladedruck-Regelventil 162, um die Ziel-Öffnungsfläche 230 für das Ladedruck-Regelventil zu erreichen. Beispielsweise kann ein erstes Umwandlungsmodul 248 die Ziel-Öffnungsfläche 230 für das Ladedruck-Regelventil in ein Ziel-Tastverhältnis 250 umwandeln, das auf das Ladedruck-Regelventil 162 angewendet werden soll, und das Ladedruck-Aktuatormodul 164 kann ein Signal auf das Ladedruck-Regelventil 162 anwenden, das auf dem Ziel-Tastverhältnis 250 basiert. Bei verschiedenen Implementierungen kann das erste Umwandlungsmodul 248 die Ziel-Öffnungsfläche 230 für das Ladedruck-Regelventil in eine Ziel-Position (nicht gezeigt) für das Ladedruck-Regelventil umwandeln, und es kann die Ziel-Position für das Ladedruck-Regelventil in das Ziel-Tastverhältnis 250 umwandeln.
Das Drossel-Aktuatormodul 116 steuert das Drosselventil 112, um die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 zu erreichen. Beispielsweise kann ein zweites Umwandlungsmodul 252 die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 in ein Ziel-Tastverhältnis 254 umwandeln, das auf das Drosselventil 112 angewendet werden soll, und das Drossel-Aktuatormodul 116 kann ein Signal auf das Drosselventil 112 anwenden, welches auf dem Ziel-Tastverhältnis 254 basiert. Bei verschiedenen Implementierungen kann das zweite Umwandlungsmodul 252 die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 in eine Ziel-Drosselposition (nicht gezeigt) umwandeln, und es kann die Ziel-Drosselposition in das Ziel-Tastverhältnis 254 umwandeln.
Das AGR-Aktuatormodul 172 steuert das AGR-Ventil 170, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 zu erreichen. Beispielsweise kann ein drittes Umwandlungsmodul 256 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 in ein Ziel-Tastverhältnis 258 umwandeln, das auf das AGR-Ventil 170 angewendet werden soll, und das AGR-Aktuatormodul 172 kann ein Signal auf das AGR-Ventil 170 anwenden, welches auf dem Ziel-Tastverhältnis 258 basiert. Bei verschiedenen Implementierungen kann das dritte Umwandlungsmodul 280 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 in eine Ziel-AGR-Position (nicht gezeigt) umwandeln, und es kann die Ziel-AGR-Position in das Ziel-Tastverhältnis 258 umwandeln.
Das Phasensteller-Aktuatormodul 158 steuert den Einlass-Nockenphasensteller 148, um den Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 236 zu erreichen. Das Phasensteller-Aktuatormodul 158 steuert auch den Auslass-Nockenphasensteller 150, um den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 238 zu erreichen. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein viertes Umwandlungsmodul (nicht gezeigt) eingebunden sein, und es kann den Ziel-Einlass- und den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel in ein Ziel-Einlass- bzw. ein Ziel-Auslass-Tastverhältnis umwandeln. Das Phasensteller-Aktuatormodul 158 kann das Ziel-Einlass- und das Ziel-Auslass-Tastverhältnis auf den Einlass- bzw. den Auslass-Nockenphasensteller 148 bzw. 150 anwenden. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Zielerzeugungsmodul 220 einen Ziel-Ventilüberlappungsfaktor und einen Ziel-Effektivhubraum ermitteln, und das Phasensteller-Aktuatormodul 158 kann den Einlass- und den Auslass-Nockenphasensteller 148 und 150 steuern, um den Ziel-Überlappungsfaktor und den Ziel-Effektivhubraum zu erreichen.
Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 liefert einen Zündfunken basierend auf dem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 240. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Zielerzeugungsmodul 220 einen Ziel-Verbrennungsphaseneinstellungswert erzeugen, wie beispielsweise einen Ziel-Kurbelwellenwinkel, bei dem 50 Prozent einer zugeführten Kraftstoffmasse verbrannt sind (CA50). Der Ziel-Zündfunkenzeitpunkt kann basierend auf dem Ziel-Verbrennungsphaseneinstellungswert und einer geschätzten Brenndauer ermittelt werden. Die geschätzte Brenndauer kann beispielsweise basierend auf der APC, der Feuchtigkeit, der Verdünnung und der Temperatur der Luft in einem Zylinder ermittelt werden. Alternativ kann das Zielerzeugungsmodul 220 eine Ziel-Drehmomentabnahme ermitteln, und der Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 240 kann basierend darauf ermittelt werden, wie weit der Zündfunkenzeitpunkt relativ zu einem optimalen Zündfunkenzeitpunkt nach Spät verstellt werden soll, um die Ziel-Drehmomentabnahme zu erreichen.
Das Zylinder-Aktuatormodul 120 aktiviert und deaktviert die Ventile der Zylinder selektiv basierend auf der Zielanzahl 242 der Zylinder. Die Kraftstoffzufuhr und der Zündfunkenzeitpunkt können ebenso für die Zylinder, die deaktiviert werden sollen, abgeschaltet werden. Die Ziel-Kraftstoffzufuhrparameter 244 können beispielsweise eine Ziel-Kraftstoffmasse, einen Ziel-Startzeitpunkt für die Einspritzung und eine Zielanzahl von Kraftstoffeinspritzungen umfassen. Das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 steuert die Kraftstoffzufuhr basierend auf den Ziel-Kraftstoffzufuhrparametern 244.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung des Zielerzeugungsmoduls 230. Nun auf 2 und 3 Bezug nehmend, kann die Antriebsdrehmomentanforderung 218 ein Bremsdrehmoment sein. Ein Drehmomentumwandlungsmodul 304 wandelt die Antriebsdrehmomentanforderung 218 von einem Bremsdrehmoment in ein Basisdrehmoment um. Die Drehmomentanforderung, die aus einer Umwandlung in ein Basisdrehmoment resultiert, wird als eine Basisdrehmomentanforderung 308 bezeichnet.
Basisdrehmomente können sich auf ein Drehmoment an der Kurbelwelle beziehen, das während des Betriebs des Motors 102 an einem Dynamometer erzeugt wird, während der Motor 102 warm ist und keine Drehmomentlasten auf den Motor 102 durch Nebenaggregate ausgeübt werden, wie beispielsweise durch eine Lichtmaschine und den A/C-Kompressor. Das Drehmomentumwandlungsmodul 304 kann die Antriebsdrehmomentanforderung 218 beispielsweise unter Verwendung eines Kennfeldes oder einer Funktion, das bzw. die Bremsdrehmomente mit Basisdrehmomenten in Beziehung setzt, in die Basisdrehmomentanforderung 308 umwandeln. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Drehmomentumwandlungsmodul 304 die Antriebsdrehmomentanforderung 218 in einen anderen geeigneten Typ eines Drehmoments umwandeln, wie beispielsweise in ein indiziertes Drehmoment. Ein indiziertes Drehmoment kann sich auf ein Drehmoment an der Kurbelwelle beziehen, das der Arbeit zugeschrieben werden kann, die mittels der Verbrennung in den Zylindern erzeugt wird.
Ein MPC-Modul (Modul zur Modellvoraussagesteuerung) 312 erzeugt die Zielwerte 230–244 unter Verwendung der MPC. Das MPC-Modul 312 kann ein einzelnes Modul sein, oder es kann mehrere Module umfassen. Beispielsweise kann das MPC-Modul 312 ein Sequenzermittlungsmodul 316 umfassen. Das Sequenzermittlungsmodul 316 ermittelt mögliche Sequenzen der Zielwerte 230–244, die zusammen während N zukünftiger Steuerschleifen verwendet werden können.
Jede der möglichen Sequenzen, die durch das Sequenzermittlungsmodul 316 identifiziert werden, umfasst eine Sequenz von N Werten für jeden der Zielwerte 230–244. Mit anderen Worten umfasst jede mögliche Sequenz eine Sequenz von N Werten für die Ziel-Öffnungsfläche 230 für das Ladedruck-Regelventil, eine Sequenz von N Werten für die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232, eine Sequenz von N Werten für die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234, eine Sequenz von N Werten für den Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 236 und eine Sequenz von N Werten für den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 238. Jede mögliche Sequenz umfasst auch eine Sequenz von N Werten für den Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 240, für die Zielanzahl 242 von Zylindern und für die Ziel-Kraftstoffzufuhrparameter 244. Jeder der N Werte ist für eine entsprechende der N zukünftigen Steuerschleifen vorgesehen. N ist eine ganze Zahl größer als Eins. Die Zeitdauer, die durch die N zukünftigen Steuerschleifen definiert ist, kann als ein Steuerhorizont bezeichnet werden.
Ein Voraussagemodul 323 ermittelt vorausgesagte Antworten des Motors 102 auf die möglichen Sequenzen der jeweiligen Zielwerte 230–244 basierend auf einem mathematischen Modell 324 des Motors 102. Beispielsweise erzeugt das Voraussagemodul 323 basierend auf einer möglichen Sequenz der Zielwerte 230–244 unter Verwendung des Modells 324 eine Sequenz von M vorausgesagten Drehmomenten des Motors 102 für M der N zukünftigen Steuerschleifen, eine Sequenz von M vorausgesagten Motordrehzahlen für die M zukünftigen Steuerschleifen und eine Sequenz von M vorausgesagten MAPs für die M zukünftigen Steuerschleifen. Obgleich ein Beispiel mit Erzeugung eines vorausgesagten Drehmoments, einer vorausgesagten Motordrehzahl und einem vorausgesagten MAP beschrieben wird, können die vorausgesagten Parameter einen oder mehrere andere vorausgesagte Betriebsparameter umfassen. Die Zeitdauer, die durch die M zukünftigen Steuerschleifen definiert ist, kann als ein Voraussagehorizont bezeichnet werden. M ist eine ganze Zahl, die größer als oder gleich N ist. Somit ist der Voraussagehorizont größer als der Steuerhorizont oder gleich diesem. Das Modell 324 kann beispielsweise eine Funktion oder ein Kennfeld umfassen, die bzw. das basierend auf Eigenschaften des Motors 102 kalibriert ist.
Das Voraussagemodul 323 kann die vorausgesagten Parameter für eine gegebene Sequenz möglicher Zielwerte basierend auf den Beziehungen erzeugen: x(k + 1) = Ax(k) + Bu(k); und y(k) = Cx(k), wobei x(k + 1) ein Vektor mit Einträgen ist, die Zustände des Motors 102 für eine nächste Steuerschleife k + 1 angeben, A eine Matrix mit konstanten Werten ist, die basierend auf Eigenschaften des Motors 102 kalibriert sind, x(k) ein Vektor mit Einträgen ist, die Zustände des Motors 102 für die k-te Steuerschleife angeben, B eine Matrix mit konstanten Werten ist, die basierend auf Eigenschaften des Motors 102 kalibriert sind, u(k) ein Vektor mit Einträgen für die möglichen Zielwerte für die k-te Steuerschleife ist, y(k) ein Vektor mit den vorausgesagten Parametern für die k-te Steuerschleife ist und C eine Matrix mit konstanten Werten ist, die basierend auf Eigenschaften des Motors 102 kalibriert sind. Der Vektor x(k + 1), der für die k-te Steuerschleife ermittelt wird, wird als der Vektor x(k) für die nächste Steuerschleife k + 1 verwendet. Das Voraussagemodul 323 erzeugt die vorausgesagten Parameter für jede der M von den N zukünftigen Steuerschleifen, wobei M eine ganze Zahl ist, die größer als Null und größer als oder gleich N ist (d. h., k = 0, 1, ..., M). Die Beziehungen können auch geschrieben werden als: x(k) = Ax(k – 1) + Bu(k – 1); und y(k) = Cx(k), wobei k eine Steuerschleife bezeichnet, x(k – 1) ein Vektor mit Einträgen ist, die Zustände des 102 für eine letzte Steuerschleife angeben, A eine Matrix mit konstanten Werten ist, die basierend auf Eigenschaften des Motors 102 kalibriert sind, x(k) ein Vektor mit Einträgen ist, die Zustände des Motors 102 für die k-te Steuerschleife angeben, B eine Matrix mit konstanten Werten ist, die basierend auf Eigenschaften des Motors 102 kalibriert sind, u(k – 1) ein Vektor mit Einträgen für die möglichen Zielwerte für die letzte Steuerschleife k – 1 ist.
Nun wird beschrieben, wie die Komponenten der vorstehenden Beziehungen für das Beispiel der vorausgesagten Parameter, die das vorausgesagte Drehmoment, die vorausgesagte Motordrehzahl und den vorausgesagten MAP umfassen, ausgeschrieben werden können. Der Vektor x(k + 1) kann ausgeschrieben werden als:
wobei x1(k + 1) ein erster Zustandsparameter des Motors 102 für die nächste Steuerschleife ist, x2(k + 1) ein zweiter Zustandsparameter des Motors 102 für die nächste Steuerschleife ist und x3(k + 1) ein dritter Zustandsparameter des Motors 102 für die nächste Steuerschleife ist.
Die Matrix A kann ausgeschrieben werden als:
wobei a11–a33 konstante Werte sind, die basierend auf Eigenschaften des Motors 102 kalibriert sind.
Der Vektor x(k) kann ausgeschrieben werden als:
wobei x1(k) der erste Zustandsparameter des Motors 102 für die k-te Steuerschleife ist, x2(k) der zweite Zustandsparameter des Motors 102 für die k-te Steuerschleife ist und x3(k) der dritte Zustandsparameter des Motors 102 für die k-te Steuerschleife ist. Die Einträge des Vektors x(k) sind die Einträge des Vektors x(k + 1), die in der letzten Steuerschleife berechnet wurden. Die Einträge des Vektors x(k + 1), die für die kte Steuerschleife berechnet werden, werden für die nächste Steuerschleife als die Einträge des Vektors x(k) verwendet.
Die Matrix B kann ausgeschrieben werden als:
wobei b11–b38 konstante Werte sind, die basierend auf Eigenschaften des Motors 102 kalibriert sind.
Der Vektor u(k) kann ausgeschrieben werden als:
wobei PTT(k) eine mögliche Ziel-Drosselöffnung einer möglichen Sequenz für die k-te Steuerschleife ist, PTWG(k) eine mögliche Zielöffnung für das Ladedruck-Regelventil der möglichen Sequenz für k-te Steuerschleife ist, PTEGR(k) eine mögliche Ziel-AGR-Öffnung der möglichen Sequenz für die k-te Steuerschleife ist, PTICP(k) ein möglicher Ziel-Einlass-Nockenphaseneinstellungswert der möglichen Sequenz für die k-te Steuerschleife ist und PTECP(k) ein möglicher Ziel-Auslass-Nockenphaseneinstellungswert der möglichen Sequenz für die k-te Steuerschleife ist. PTS(k) ist ein möglicher Ziel-Zündfunkenzeitpunkt für die k-te Steuerschleife, PTN(k) ist eine mögliche Anzahl von Zylindern für die k-te Steuerschleife, und PTF(k) umfasst mögliche Kraftstoffzufuhrparameter für die k-te Steuerschleife.
Der Vektor y(k) kann ausgeschrieben werden als:
wobei PT(k) ein vorausgesagtes Drehmoment des Motors 102 für die k-te Steuerschleife ist, PRPM(k) eine vorausgesagte Motordrehzahl für die k-te Steuerschleife ist und PMAP(k) ein vorgesagter MAP für die k-te Steuerschleife ist.
Die Matrix C kann ausgeschrieben werden als:
wobei c11–c33 konstante Werte sind, die basierend auf Eigenschaften des Motors 102 kalibriert sind.
Das Modell 324 kann für unterschiedliche Betriebsbedingungen mehrere unterschiedliche Sätze der Matrizen A, B und C umfassen. Das Voraussagemodul 323 kann beispielsweise basierend auf der Motordrehzahl, der Motorlast und/oder basierend auf einem oder mehreren anderen Parametern auswählen, welcher Satz der Matrizen A, B und C verwendet werden soll.
Ein Kostenmodul 332 ermittelt einen Kostenwert für jede der möglichen Sequenzen der Zielwerte 230–244 basierend auf Vergleichen der vorausgesagten Parameter, die für eine mögliche Sequenz ermittelt werden. Eine beispielhafte Kostenermittlung wird nachstehend weiter diskutiert. Ein Auswahlmodul 344 wählt eine der möglichen Sequenzen der Zielwerte 230–244 basierend auf den jeweiligen Kosten der möglichen Sequenzen aus. Beispielsweise kann das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen auswählen, welche die geringsten Kosten aufweist, während Aktuatorbeschränkungen 348 und Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt werden.
Das Erfüllen der Ausgabebeschränkungen 352 kann in der Kostenermittlung berücksichtigt werden. Mit anderen Worten kann das Kostenmodul 332 die Kostenwerte basierend auf den Ausgabebeschränkungen 352 ermitteln. Wie nachstehend weiter diskutiert wird, wählt das Auswahlmodul 344 basierend darauf, wie die Kostenwerte ermittelt werden, die eine der möglichen Sequenzen aus, welche die Basisdrehmomentanforderung 308 am besten erreicht und einer Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356 am besten nachfolgt, während die Aktuatorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt werden.
Das Auswahlmodul 344 legt die Zielwerte 230–244 jeweils auf die ersten der N Werte der ausgewählten möglichen Sequenz fest. Mit anderen Worten setzt das Auswahlmodul 344 die Ziel-Öffnungsfläche 230 für das Ladedruck-Regelventil auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Öffnungsfläche 230 für das Ladedruck-Regelventil, es setzt die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232, es setzt die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 auf den ersten der N Werte in der Sequenz der N Werte für die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234, es setzt den Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 236 auf den ersten der N Werte in der Sequenz der N Werte für den Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 236, und es setzt den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 238 auf den ersten der N Werte in der Sequenz der N Werte für den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 238. Das Auswahlmodul 344 setzt auch den Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 240 auf den ersten der N Werte in der Sequenz der N Werte für den Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 240, die Zielanzahl 242 von Zylindern auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Zielanzahl 242 der Zylinder und die Ziel-Kraftstoffzufuhrparameter 244 auf die ersten der N Werte in der Sequenz der N Werte für die Ziel-Kraftstoffzufuhrparameter 244.
Während einer nächsten Steuerschleife identifiziert das MPC-Modul 312 mögliche Sequenzen, es erzeugt die vorausgesagten Parameter für die möglichen Sequenzen, es ermittelt die Kosten für jede der möglichen Sequenzen, es wählt eine der möglichen Sequenzen aus, und es legt die Zielwerte 230–244 auf die ersten der Zielwerte 230–244 in der ausgewählten möglichen Sequenz fest. Dieser Prozess wird für jede Steuerschleife fortgesetzt.
Ein Aktuator-Beschränkungsmodul 360 (siehe 2) legt die Akutatorbeschränkungen 348 für jeden der Zielwerte 230–244 fest. Mit anderen Worten legt das Aktuator-Beschränkungsmodul 360 Aktuatorbeschränkungen für das Drosselventil 112, Aktuatorbeschränkungen für das AGR-Ventil 170, Aktuatorbeschränkungen für das Ladedruck-Regelventil 162, Aktuatorbeschränkungen für den Einlass-Nockenphasensteller 148 und Aktuatorbeschränkungen für den Auslass-Nockenphasensteller 150 fest. Das Aktuator-Beschränkungsmodul 360 legt auch Aktuatorbeschränkungen für das Zündfunken-Aktuatormodul 126, Aktuatorbeschränkungen für das Zylinder-Aktuatormodul 120 und Aktuatorbeschränkungen für das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 fest.
Die Aktuatorbeschränkungen 348 für jeden der Zielwerte 230–244 können einen maximalen Wert für einen zugeordneten Zielwert und einen minimalen Wert für diesen Zielwert umfassen. Das Aktuator-Beschränkungsmodul 360 kann die Aktuatorbeschränkungen 348 allgemein auf die vorbestimmten Betriebsbereiche für die zugeordneten Motoraktuatoren festlegen. Spezieller kann das Aktuator-Beschränkungsmodul 360 die Aktuatorbeschränkungen 348 allgemein auf die vorbestimmten Betriebsbereiche für das Drosselventil 112, das AGR-Ventil 170, das Ladedruck-Regelventil 162, den Einlass-Nockenphasensteller 148, den Auslass-Nockenphasensteller 150, das Zündfunken-Aktuatormodul 126, das Zylinder-Aktuatormodul 120 bzw. das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 festlegen.
Ein Ausgabe-Beschränkungsmodul 364 (siehe 2) legt die Ausgabebeschränkungen 352 für die vorausgesagte Drehmomentausgabe des Motors 102 und für den vorausgesagten MAP fest. Die Ausgabebeschränkungen 252 für jeden der vorausgesagten Parameter können einen maximalen Wert für einen zugeordneten vorausgesagten Parameter für jede der M zukünftigen Steuerschleifen und einen minimalen Wert für diesen vorausgesagten Parameter für jede der M zukünftigen Steuerschleifen umfassen. Beispielsweise umfassen die Ausgabebeschränkungen 352 M maximale Drehmomente des Motors 102 für die M zukünftigen Steuerschleifen, M minimale Drehmomente des Motors 102 für die M zukünftigen Steuerschleifen, M maximale MAPs für die M zukünftigen Steuerschleifen bzw. M minimale MAPs für die M zukünftigen Steuerschleifen.
Das Ausgabe-Beschränkungsmodul 364 ermittelt die Ausgabebeschränkungen 352. Das Ausgabe-Beschränkungsmodul 364 ermittelt die MAP-Ausgabebeschränkungen beispielsweise unter Verwendung der Beziehungen: MAPMax_i = f(APCMax, RPM, t_i – t₀), und MAPMin_i = f(APCMin, RPM, t_i – t₀), wobei MAPMax_i der maximale MAP für die i-te der M Steuerschleifen ist, MAPMin_i der minimale MAP für die i-te der M Steuerschleifen ist, APCMax eine maximale APC während der M Steuerschleifen ist, APCMin eine minimale APC während der M Steuerschleifen ist, RPM eine Motordrehzahl ist, t_i die Zeit für die i-te der M Steuerschleifen ist und t₀ die gegenwärtige Zeit ist. t_i – t₀ entspricht der Zeitdauer zwischen der gegenwärtigen Zeit und der Ausführungszeit für die i-te der M Steuerschleifen. Die Motordrehzahl (RPM) kann die Motordrehzahl zu der gegenwärtigen Zeit sein, oder es können bei verschiedenen Implementierungen mehrere Motordrehzahlen verwendet werden. Beispielsweise können vorausgesagte Motordrehzahlen für die M Steuerschleifen verwendet werden, um den maximalen bzw. den minimalen MAP für die M Steuerschleifen zu ermitteln. Die vorstehenden Beziehungen können beispielsweise als Gleichungen und/oder Kennfelder (z. B. Nachschlagetabellen) verkörpert werden. Das Ausgabe-Beschränkungsmodul 364 kann die maximale APC und die minimale APC beispielsweise als Funktionen einer oder mehrerer Motordrehzahlen ermitteln, beispielsweise als Funktion der gegenwärtigen Motordrehzahl und/oder der vorausgesagten Motordrehzahlen für die M Steuerschleifen.
Das Ausgabe-Beschränkungsmodul 364 ermittelt die Drehmomentausgabebeschränkungen beispielsweise unter Verwendung der Beziehungen: TMax_i = f(MAPMax_i, RPM, t₁ – t₀), und Tmin_i = f(MAPMin_i, RPM, t₁ – t₀), wobei TMax_i das maximale Drehmoment für die i-te der M Steuerschleifen ist, TMin_i das minimale Drehmoment für die i-te der M Steuerschleifen ist, MAPMax_i der maximale MAP für die i-te der M Steuerschleifen ist, MAPMin_i der minimale MAP für die i-te der M Steuerschleifen ist, RPM eine Motordrehzahl ist, t_i die Zeit für i-te der M Steuerschleifen ist und t₀ die gegenwärtige Zeit ist. Wie vorstehend angegeben ist, entspricht t_i – t₀ der Zeitdauer zwischen der gegenwärtigen Zeit und der Ausführungszeit für die i-te der M Steuerschleifen. Die Motordrehzahl (RPM) kann die Motordrehzahl zu der gegenwärtigen Zeit sein, oder es können bei verschiedenen Implementierungen mehrere Motordrehzahlen verwendet werden. Beispielsweise können die vorausgesagten Motordrehzahlen für die M Steuerschleifen verwendet werden, um das minimale und das maximale Drehmoment jeweils für die M Steuerschleifen zu ermitteln. Die vorstehenden Beziehungen können beispielsweise als Gleichungen und/oder als Kennfelder (z. B. als Nachschlagetabellen) verkörpert sein.
Ein Ziel-Motordrehzahlmodul 368 (siehe 2) erzeugt die Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356. Die Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356 umfasst M Ziel-Motordrehzahlen jeweils für die M zukünftigen Steuerschleifen. Das Ziel-Motordrehzahlmodul 368 variiert die Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356 unter einer oder mehreren Bedingungen. Beispielsweise kann das Ziel-Motordrehzahlmodul 368 die Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356 für einen Gangwechsel des Getriebes variieren. Das Ziel-Motordrehzahlmodul 368 kann beispielsweise die Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356 erzeugen, um die Motordrehzahl für ein Herunterschalten (z. B. vom dritten Gang in den zweiten Gang) des Getriebes zu erhöhen und um die Motordrehzahl für ein Hochschalten (z. B. vom zweiten Gang in den dritten Gang) des Getriebes zu verringern. Das Getriebesteuermodul 194 kann bevorstehende Gangwechsel für das ECM 114 angeben.
Anstelle des Erzeugens der Sequenzen möglicher Zielwerte und des Ermittelns der Kosten jeder der Sequenzen oder zusätzlich dazu kann das MPC-Modul 312 eine Sequenz möglicher Zielwerte mit den geringsten Kosten unter Verwendung von konvexen Optimierungstechniken identifizieren. Beispielsweise kann das MPC-Modul 312 die Zielwerte 230–244 unter Verwendung eines Auflösers der quadratischen Programmierung (QP-Auflösers) ermitteln, beispielsweise unter Verwendung eines Dantzig-QP-Auflösers. Gemäß einem anderen Beispiel kann das MPC-Modul 312 eine Oberfläche von Kostenwerten für die möglichen Sequenzen der Zielwerte 230–244 erzeugen und basierend auf der Steigung der Kostenoberfläche eine Sequenz möglicher Zielwerte mit den geringsten Kosten identifizieren. Das MPC-Modul 312 kann anschließend diese Sequenz möglicher Zielwerte testen, um zu ermitteln, ob diese Sequenz möglicher Zielwerte die Aktuatorbeschränkungen 348 erfüllt. Falls Ja, kann das MPC-Modul 312 die Zielwerte 230–244 jeweils auf die ersten N Werte dieser ausgewählten möglichen Sequenz setzen, wie vorstehend diskutiert wurde.
Wenn die Aktuatorbeschränkungen 348 nicht erfüllt sind, wählt das MPC-Modul 212 eine andere Sequenz möglicher Zielwerte mit den nächstliegenden geringsten Kosten aus, und es testet diese Sequenz möglicher Zielwerte bezüglich der Erfüllung der Aktuatorbeschränkungen 348. Der Prozess des Auswählens einer Sequenz und des Testens dieser Sequenz bezüglich des Erfüllens der Aktuatorbeschränkungen 348 kann als eine Iteration bezeichnet werden. Mehrere Iterationen können während jeder Steuerschleife ausgeführt werden.
Das MPC-Modul 312 führt Iterationen aus, bis eine Sequenz mit den geringsten Kosten, welche die Aktuatorbeschränkungen 348 erfüllt, identifiziert ist. Auf diese Weise wählt das MPC-Modul 312 die Sequenz möglicher Zielwerte mit den geringsten Kosten aus, während die Aktuatorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt werden.
Das Kostenmodul 332 kann die Kosten für die möglichen Sequenzen der Zielwerte 230–244 ermitteln basierend auf Beziehungen zwischen: dem vorausgesagten Drehmoment und der Basisdrehmomentanforderung 308; und den vorausgesagten Motordrehzahlen und den Ziel-Motordrehzahlen der Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356. Die Beziehungen können gewichtet werden, um beispielsweise die Wirkung zu steuern, die jede der Beziehungen auf die Kosten hat.
Lediglich beispielhaft kann das Kostenmodul 332 die Kosten für eine mögliche Sequenz der Zielwerte 230–244 basierend auf der folgenden Gleichung ermitteln: Cost = Σ N / i=1ρε² + ||wT·(TP – BTR)||² + ||wRPM·(RPMP_i – TRPM_i)||², die den Aktuatorbeschränkungen 348 und den Ausgabebeschränkungen 352 unterworfen ist. Cost sind die Kosten für die mögliche Sequenz der Zielwerte 230–244, TP ist das vorausgesagte Drehmoment des Motors 102 für die nächste Steuerschleife, BTR ist die Basisdrehmomentanforderung 308 für die nächste Steuerschleife (d. h. für i = 1) und wT ist ein Gewichtungswert, welcher der Beziehung zwischen dem vorausgesagten Drehmoment und der Basisdrehmomentanforderung zugeordnet ist. RPMP_i ist die vorgesagte RPM für die i-te der N Steuerschleife, TRPM_i ist die eine der Ziel-Motordrehzahlen für die i-te der N Steuerschleifen und wRPM ist ein Gewichtungswert, welcher der Beziehung zwischen den vorausgesagten Motordrehzahlen und den Ziel-Motordrehzahlen der Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356 zugeordnet ist.
ρ ist ein Gewichtungswert, welcher der Erfüllung der Ausgabebeschränkungen 352 zugeordnet ist. ε ist eine Variable, die das Kostenmodul 332 basierend darauf setzen kann, ob die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind. Das Kostenmodul 332 kann ε erhöhen, wenn ein Parameter größer als oder kleiner als der entsprechende minimale oder maximale Wert ist (z. B. um zumindest einen vorbestimmten Betrag).
Beispielsweise kann das Kostenmodul 332 ε erhöhen, wenn einer oder mehrere Werte des vorausgesagten Drehmoments für ihre jeweiligen Steuerschleifen größer als das maximale Drehmoment oder kleiner als minimale Drehmoment sind und/oder wenn einer oder mehrere Werte des vorausgesagten MAP für ihre jeweiligen Steuerschleifen größer als der maximale MAP oder kleiner als der minimale MAP sind. Auf diese Weise nehmen die Kosten für eine mögliche Sequenz zu, wenn eine oder mehrere der Ausgabeschränkungen 352 nicht erfüllt sind. Das Kostenmodul 332 kann ε auf Null setzen, wenn alle Ausgabeschränkungen 352 erfüllt sind. ρ kann größer als der Gewichtungswert wT und der Gewichtungswert wPRM sein, so dass die Kosten, die für eine mögliche Sequenz ermittelt werden, relativ groß sind, wenn eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 nicht erfüllt sind. Dies kann dazu beitragen, die Auswahl einer möglichen Sequenz zu verhindern, bei der eine oder mehrere Ausgabebeschränkungen 352 nicht erfüllt sind.
Das Kostenmodul 332 kann auch den Gewichtungswert wRPM unter bestimmten Bedingungen variieren. Beispielsweise kann das Kostenmodul 332 den Gewichtungswert wRPM auf einen vorbestimmten Wert setzen, der größer als 0 ist, wenn die Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356 verwendet werden soll, beispielsweise für Gangwechsel des Getriebes. Das Kostenmodul 332 kann den Gewichtungswert wRPM beispielsweise auf 0 ungefähr auf Null setzen, wenn die Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356 nicht verwendet werden soll. Wenn der Gewichtungswert wRPM auf 0 oder ungefähr auf Null gesetzt ist, beeinflusst die Beziehung zwischen den vorausgesagten Motordrehzahlen und der Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356 die Kosten nicht, oder sie weist eine minimale Wirkung auf die Kosten auf.
Der Gewichtungswert wT kann größer als der vorbestimmte Wert des Gewichtungswerts wRPM sein. Auf diese Weise weist die Beziehung zwischen dem vorausgesagten Motordrehmoment und der Basisdrehmomentanforderung 308 eine größere Auswirkung auf die Kosten (als die Beziehung zwischen den vorausgesagten Motordrehzahlen und der Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356) und daher auf die Auswahl einer der möglichen Sequenzen auf. Die Kosten nehmen zu, wenn die Differenz zwischen dem vorausgesagten Motordrehmoment und der Basisdrehmomentanforderung 308 zunimmt, und umgekehrt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Drosselventils 112, des Einlass-Nockenphasenstellers 148, des Auslass-Nockenphasenstellers 150, des Ladedruck-Regelventils 162 (und daher des Turboladers), des AGR-Ventils 170, des Zündfunkenzeitpunkts, der Kraftstoffzufuhr und der Anzahl aktivierter/deaktivierter Zylinder zeigt. Die Steuerung kann mit 404 beginnen, wo das Drehmomentanforderungsmodul 224 die Antriebsdrehmomentanforderung 218 ermittelt.
Bei 408 wandelt das Drehmomentumwandlungsmodul 304 die Antriebsdrehmomentanforderung 218 in die Basisdrehmomentanforderung 308 oder in einen anderen geeigneten Typ des Drehmoments zur Verwendung durch das MPC-Modul 312 um. Das Sequenzermittlungsmodul 316 ermittelt bei 412 mögliche Sequenzen der Zielwerte 230–244.
Bei 416 können das Kostenmodul 332 und das Ziel-Motordrehzahlmodul 368 ermitteln, ob eine Änderung in der Motordrehzahl erwartet wird. Wenn 416 wahr ist, kann bei 420 das Kostenmodul 332 den Gewichtungswert wRPM auf den vorbestimmten Wert (größer als Null) setzen, und das Ziel-Motordrehzahlmodul 368 kann die Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356 für die erwartete Änderung festlegen, und die Steuerung fährt mit 428 fort. Der vorbestimmte Wert ist größer als ungefähr Null, um dadurch zu bewirken, dass die Beziehungen zwischen den vorausgesagten Motordrehzahlen und den Ziel-Motordrehzahlen die Kostenwerte beeinflussen. Beispielsweise kann das Ziel-Motordrehzahlmodul 368 die Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356 derart festlegen, dass die Motordrehzahl für ein Herunterschalten des Getriebes erhöht wird, und es kann die Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356 derart festlegen, dass die Motordrehzahl für ein Hochschalten des Getriebes verringert wird. Wenn 416 falsch ist, kann das Kostenmodul 332 den Gewichtungsfaktor wRPM bei 424 auf 0 oder ungefähr auf 0 setzen, und die Steuerung mit 428 fort. Wenn der Gewichtungsfaktor wRPM auf 0 oder ungefähr auf Null gesetzt ist, weisen die Beziehungen zwischen den vorausgesagten Motordrehzahlen und den Ziel-Motordrehzahlen der Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356 eine minimale oder keine Auswirkung auf die Kostenwerte auf.
Bei 428 ermittelt das Ausgabe-Beschränkungsmodul 364 die Ausgabebeschränkungen 352. Die Ausgabebeschränkungen umfassen minimale und maximale Werte für die vorausgesagten Drehmomente sowie minimale und maximale Werte für die vorausgesagten MAPs. Das Ausgabe-Beschränkungsmodul 364 kann die minimalen und die maximalen MAPs sowie die minimalen und die maximalen Drehmomente beisielsweise unter Verwendung der folgenden Beziehungen ermitteln, wie sie vorstehend beschrieben sind: MAPMax_i = f(APCMax, RPM, t_i – t₀), MAPMin_i = f(APCMin, RPM, t_i – t₀), TMax_i = f(MAPMax_i, RPM, t_i – t₀), und Tmin_i = f(MAPMin_i, RPM, t_i – t₀).
Das Aktuator-Beschränkungsmodul 360 kann bei 328 ebenso die Aktuatorbeschränkungen 348 ermitteln.
Bei 432 ermittelt das Voraussagemodul 323 die vorausgesagten Parameter für jede der möglichen Sequenzen von Zielwerten. Das Voraussagemodul 323 ermittelt die vorausgesagten Parameter für die möglichen Sequenzen basierend auf dem Modell 324 des Motors 102. Spezieller erzeugt das Voraussagemodul 323 basierend auf einer möglichen Sequenz der Zielwerte 230–244 unter Verwendung des Modells 324 eine Sequenz von M vorausgesagten Drehmomenten des Motors 102 für die M Steuerschleifen, eine Sequenz von M vorausgesagten Motordrehzahlen für die M Steuerschleifen und eine Sequenz von M vorausgesagten MAPs für die M Steuerschleifen.
Das Kostenmodul 332 ermittelt bei 436 die Kosten für die jeweiligen möglichen Sequenzen. Lediglich beispielhaft kann das Kostenmodul 332 die Kosten für eine mögliche Sequenz der Zielwerte 230–244 basierend auf der Gleichung ermitteln: Cost = Σ N / i=1ρε² + ||wT·(TP – BTR)||² + ||wRPM·(RPMP_i – TRPM_i)||², die den Aktuatorbeschränkungen 348 und den Ausgabebeschränkungen 352 unterworfen ist, wie vorstehend diskutiert wurde. Wie ebenso vorstehend diskutiert wurde, kann der Term, der den Vergleich der vorausgesagten Motordrehzahlen mit den Ziel-Motordrehzahlen der Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356 umfasst, ungefähr Null sein, wenn nicht erwartet wird, dass sich die Motordrehzahl ändert.
Das Auswahlmodul 344 wählt bei 440 eine der möglichen Sequenzen der Zielwerte 230–244 basierend auf den Kosten der jeweiligen möglichen Sequenzen aus. Beispielsweise kann das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten auswählen. Das Auswahlmodul 344 kann daher die eine der möglichen Sequenzen auswählen, welche die Basisdrehmomentanforderung 308 am besten erreicht, während sie der Ziel-Motordrehzahltrajektorie 356 so eng wie möglich folgt und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt.
Das MPC-Modul 312 kann bei 444 ermitteln, ob die ausgewählte der möglichen Sequenzen die Aktuatorbeschränkungen 348 erfüllt. Wenn 444 wahr ist, kann die Steuerung mit 452 fortfahren. Wenn 444 falsch ist, kann das MPC-Modul 312 bei 448 eine andere möglichen Sequenzen mit den nächsten geringsten Kosten auswählen, und die Steuerung kann zu 444 zurückkehren. Auf diese Weise wird die Sequenz mit den geringsten Kosten verwendet wird, welche die Aktuatorbeschränkungen 348 erfüllt.
Bei 452 wandelt das erste Umwandlungsmodul 248 die Ziel-Öffnungsfläche 230 für das Ladedruck-Regelventil in das Ziel-Tastverhältnis 250 um, das auf das Ladedruck-Regelventil 162 angewendet werden soll, das zweite Umwandlungsmodul 252 wandelt die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 in das Ziel-Tastverhältnis 254 um, das auf das Drosselventil 112 angewendet werden soll. Das dritte Umwandlungsmodul 256 wandelt ebenso bei 452 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 in das Ziel-Tastverhältnis 258 um, das auf das AGR-Ventil 170 angewendet werden soll. Das vierte Umwandlungsmodul kann ebenso den Ziel-Einlass- und den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 236 und 238 in das Ziel-Einlass- und das Ziel-Auslass-Tastverhältnis umwandeln, das auf den Einlass- bzw. den Auslass-Nockenphasensteller 148 bzw. 150 angewendet werden soll. Wenn ein anderer Wert als der Zündfunkenzeitpunkt ermittelt wird, beispielsweise eine Ziel-Drehmomentabnahme oder eine Ziel-Verbrennungsphasenlage, kann der Zündfunkenzeitpunkt bei 452 basierend auf diesem Wert ermittelt werden.
Bei 456 steuert das Drossel-Aktuatormodul 116 das Drosselventil 112, um die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 zu erreichen, und das Phasensteller-Aktuatormodul 158 steuert den Einlass- und den Auslass-Nockenphasensteller 148 und 150, um den Ziel-Einlass- bzw. den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 236 bzw. 238 zu erreichen. Beispielsweise kann das Drossel-Aktuatormodul 116 ein Signal bei dem Ziel-Tastverhältnis 254 auf das Drosselventil 112 anwenden, um die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 zu erreichen.
Ebenso steuert das AGR-Aktuatormodul 172 bei 456 das AGR-Ventil 170, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 zu erreichen, und das Ladedruck-Aktuatormodul 164 steuert das Ladedruck-Regelventil 162, um die Ziel-Öffnungsfläche 230 für das Ladedruck-Regelventil zu erreichen. Beispielsweise kann das AGR-Aktuatormodul 172 ein Signal bei dem Ziel-Tastverhältnis 258 auf das AGR-Ventil 170 anwenden, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 zu erreichen, und das Ladedruck-Aktuatormodul 164 kann ein Signal bei dem Ziel-Tastverhältnis 250 auf das Ladedruck-Regelventil 162 anwenden, um die Ziel-Öffnungsfläche 230 für das Ladedruck-Regelventil zu erreichen. Bei 456 steuert ebenso das Zündfunken-Aktuatormodul 126 den Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 240, steuert das Zylinder-Aktuatormodul 120 die Zylinderaktivierung und Zylinderdeaktivierung basierend auf der Zielanzahl 242 von Zylindern und steuert das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 die Kraftstoffzufuhr basierend auf den Ziel-Kraftstoffzufuhrparametern 244. Obgleich 4 derart gezeigt ist, dass sie nach 456 endet, kann 4 eine Darstellung einer Steuerschleife sein, und es können Steuerschleifen mit einer vorbestimmten Rate ausgeführt werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Vorgänge, die in 4 vorgesehen sind und zusammen mit dieser diskutiert wurden, ein Beispiel, und die Vorgänge können in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden.
Die vorstehende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele aufweist, soll der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf diese beschränkt sein, da andere Modifikationen nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden. Wie hierin verwendet, sollte die Formulierung A, B und/oder C derart ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oders bedeutet. Es versteht sich, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
In dieser Anmeldung einschließlich der nachstehenden Definitionen kann der Ausdruck Modul durch den Ausdruck Schaltung ersetzt werden. Der Ausdruck Modul kann sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischt analoge/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischt analoge/digitale integrierte Schaltung; eine Schaltung der kombinatorischen Logik; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe), der einen Code ausführt; einen Speicher (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe), der Code speichert, der durch den Prozessor ausgeführt wird; andere geeignete Hardwarekomponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder aller von den vorstehenden Gegenständen, wie beispielsweise bei einem Ein-Chip-System, beziehen, ein Teil von diesen sein oder diese umfassen.
Der Ausdruck Code, wie er vorstehend verwendet wird, kann eine Software, eine Firmware und/oder einen Mikrocode umfassen, und er kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Ausdruck gemeinsam genutzter Prozessor umfasst einen einzelnen Prozessor, der einen Teil des Codes oder den gesamten Code mehrerer Module ausführt. Der Ausdruck Gruppenprozessor umfasst einen Prozessor, der in Kombination mit zusätzlichen Prozessoren einen Teil des Codes oder den gesamten Code eines oder mehrerer Module ausführt. Der Ausdruck gemeinsam genutzter Speicher umfasst einen einzelnen Speicher, der einen Teil des Codes oder den gesamten Code mehrerer Module speichert. Der Ausdruck Gruppenspeicher umfasst einen Speicher, der in Kombination mit zusätzlichen Speichern einen Teil oder den gesamten Code eines oder mehrerer Module speichert. Der Ausdruck Speicher kann eine Teilmenge des Ausdrucks computerlesbares Medium bezeichnen. Der Ausdruck computerlesbares Medium umfasst keine vorübergehenden elektrischen und elektromagnetischen Signale, die sich durch ein Medium ausbreiten, und dieses kann daher als zugreifbar und nicht flüchtig angesehen werden. Nicht einschränkende Beispiele des nicht flüchtigen, zugreifbaren, computerlesbaren Mediums sind ein nicht flüchtiger Speicher, ein magnetischer Speicher und ein optischer Speicher.
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch ein oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme umfassen durch einen Prozessor ausführbare Anweisungen, die auf einem nicht flüchtigen, zugreifbaren, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten umfassen und/oder auf diese angewiesen sein.

Claims

Motorsteuerverfahren für ein Fahrzeug, umfassend, dass: M Ziel-Motordrehzahlen jeweils für M zukünftige Zeitpunkte basierend auf einer Zunahme oder einer Abnahme einer Motordrehzahl selektiv festgelegt werden, wobei M eine ganze Zahl größer als Eins ist; basierend auf einem Satz möglicher Zielwerte für die M zukünftigen Zeitpunkte und einem Modell eines Motors jeweils M vorausgesagte Motordrehzahlen für die M zukünftigen Zeitpunkte ermittelt werden; Kosten für den Satz möglicher Zielwerte basierend auf Vergleichen der M vorausgesagten Motordrehzahlen für die M zukünftigen Zeitpunkte jeweils mit den M Ziel-Motordrehzahlen für die M zukünftigen Zeitpunkte ermittelt werden; basierend auf den Kosten der Satz möglicher Zielwerte aus einer Gruppe ausgewählt wird, die den Satz möglicher Zielwerte und N andere Sätze möglicher Zielwerte umfasst, wobei N eine ganze Zahl größer als Null ist; Zielwerte basierend auf dem ausgewählten Satz möglicher Zielwerte festgelegt werden; und ein Motoraktuator basierend auf einem ersten der Zielwerte gesteuert wird.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass: basierend auf dem Satz möglicher Zielwerte und dem Modell des Motors jeweils M vorausgesagte Einlasskrümmerdrücke für die M zukünftigen Zeitpunkte ermittelt werden; und die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte ferner basierend auf Vergleichen der M vorausgesagten Einlasskrümmerdrücke jeweils mit M Einlasskrümmer-Druckbereichen für die M zukünftigen Zeitpunkte ermittelt werden.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend, dass die M Einlasskrümmer-Druckbereiche für die M zukünftigen Zeitpunkte basierend auf einer minimalen und einer maximalen Luft pro Zylinder (einer minimalen und einer maximalen APC) des Motors und zumindest einer Motordrehzahl ermittelt werden.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass: basierend auf dem Satz möglicher Zielwerte und einem Modell des Motors jeweils M vorausgesagte Drehmomentausgaben des Motors für die M zukünftigen Zeitpunkte ermittelt werden; und die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte ferner basierend auf Vergleichen der M vorausgesagten Drehmomente jeweils mit M Motordrehmoment-Ausgabebereichen für die M zukünftigen Zeitpunkte ermittelt werden.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend, dass die M Motordrehmoment-Ausgabebereiche für die M zukünftigen Zeitpunkte basierend auf jeweils M Einlasskrümmer-Druckbereichen für die M zukünftigen Zeitpunkte und zumindest einer Motordrehzahl ermittelt werden.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend, dass: basierend auf dem Satz möglicher Zielwerte und dem Modell des Motors jeweils M vorausgesagte Einlasskrümmerdrücke für die M zukünftigen Zeitpunkte ermittelt werden; und die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte ferner basierend auf Vergleichen der M vorausgesagten Einlasskrümmerdrücke jeweils mit den M Einlasskrümmer-Druckbereichen für die M zukünftigen Zeitpunkte ermittelt werden.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass die M Ziel-Motordrehzahlen jeweils für die M zukünftigen Zeitpunkte für ein Herunterschalten eines Getriebes basierend auf einer Zunahme der Motordrehzahl festgelegt werden.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass die M Ziel-Motordrehzahlen jeweils für die M zukünftigen Zeitpunkte für ein Hochschalten eines Getriebes basierend auf einer Abnahme der Motordrehzahl festgelegt werden.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass der Satz möglicher Zielwerte aus der Gruppe basierend darauf ausgewählt wird, dass die Kosten jeweils kleiner als die Kosten der N anderen Sätze möglicher Zielwerte sind.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass: eine Öffnung eines Ladedruck-Regelventils eines Turboladers basierend auf einem zweiten der Zielwerte gesteuert wird; eine Öffnung eines Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils) basierend auf einem dritten der Zielwerte gesteuert wird; eine Einlass- und eine Auslass-Ventilphaseneinstellung basierend auf einem vierten bzw. einem fünften der Zielwerte gesteuert werden; ein Zündfunkenzeitpunkt basierend auf einem sechsten der Zielwerte gesteuert wird; und eine Kraftstoffzufuhr basierend auf einem siebten der Zielwerte gesteuert wird, wobei das Steuern des Motoraktuators basieren auf dem ersten der Zielwerte umfasst, dass eine Öffnung eines Drosselventils basierend auf dem ersten der Zielwerte gesteuert wird.