DE102016123292B4

DE102016123292B4 - Verfahren für adaptives lernen von werten und das steuern eines turboladers eines motors auf grundlage der werte

Info

Publication number: DE102016123292B4
Application number: DE102016123292.0A
Authority: DE
Inventors: Yue-Yun Wang; Steven E. Muldoon; Jörg Bernards; Martin Suchy
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2020-08-13
Anticipated expiration: 2036-12-02
Also published as: CN106837524A; US9879593B2; DE102016123292A1; US20170159554A1; CN106837524B

Abstract

Verfahren, umfassend:das Bestimmen einer Zielstellung eines Turboladers auf Grundlage einer Beziehung zwischen der durch einen Kompressor des Turboladers erzeugten Energie, der Trägheit einer Welle in einer Turbine des Turboladers und der durch die Turbine erzeugten Energie, wobei die Zielstellung des Turboladers mindestens eine Zielstellung für die Schaufeln und eine Zielstellung für das Wastegate enthält;das Steuern des Turboladers auf Basis der Zielstellung des Turboladers; undBestimmen der Turbinenwellenträgheit basierend auf einer Menge von Ansaugluft durch den Kompressor und einer Änderungsrate für die Menge von Ansaugluft durch den Kompressor.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren, und insbesondere ein Verfahren für adaptives Lernen von Werten und das Steuern eines Turboladers eines Motors basierend auf den adaptiv gelernten Werten, wie es der Art nach im Wesentlichen in der DE 10 2014 101 396 A1 angedeutet wird.
Des Weiteren ist es aus der DE 40 05 046 A1 bekannt, sowohl die Stellung der Schaufeln eines Turboladers als auch dessen Wastegate zu steuern. Ferner setzt sich die GB 2 511 767 A mit der Leistungsbilanz eines Turboladers auseinander.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verbrennen ein Kraftstoff-/Luftgemisch in Zylindern zur Bewegung der Kolben zur Erzeugung des Antriebsmoments. Die Luftzufuhr in den Motor wird durch eine Drossel geregelt. Ein Kraftstoffregelsystem regelt die Kraftstoffeinspritzmenge, um die Zylinder mit einem erwünschten Kraftstoff-/Luft-Mischungsverhältnis zu versorgen. Eine Versorgung der Zylinder mit mehr Kraftstoff und Luft erhöht üblicherweise die Drehmomentabgabe des Motors.
Turbolader dienen der Erhöhung des Wirkungsgrades von Verbrennungsmotoren durch das forcierte Einbringen von zusätzlicher Luft in die Zylinder. Turbolader haben eine Turbine und einen Kompressor. Die Turbine wird durch das Abgas des Motors angetrieben und treibt ihrerseits durch Nutzung des Abgases den Kompressor an. Der Kompressor komprimiert dann die in den Zylinder eintretende Luft, um die Luftmenge für den Zylinder zu erhöhen. Die Stärke des Turbo Boosts (oder die Menge an Ansaugluftkompression) durch einen Turbolader wird typischerweise durch Ändern der Einstellung eines Wastegates (Ladedruckregler) erreicht, durch das Abgase die Turbine umgehen können. Die Stärke des Turbo Boosts durch einen Turbolader mit variabler Geometrie wird durch Ändern der Einstellung von Schaufeln innerhalb des Turboladers mit variabler Geometrie gesteuert.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Verfahren für adaptives Lernen von Werten und das Steuern eines Turboladers vorgeschlagen, das die Merkmale des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 5 aufweist.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen. Die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird verständlicher unter Zuhilfenahme der detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen, wobei:

1 ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Motorsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
2-4 Funktionsblockdiagramme von Beispielen für Steuersysteme gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung sind; und
5 ein Flussdiagramm ist, das ein exemplarisches Steuerverfahren gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.

In den Zeichnungen werden dieselben Referenznummern für ähnliche und/oder identische Elemente verwendet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Motorsteuersysteme regulieren typischerweise die Einstellung eines Turboladers unter Verwendung eines Rückkopplungsansatzes durch Minimierung der Fehler zwischen einem tatsächlichen Wert für den Kompressordruck des Turboladers und einem Sollwert für den Kompressordruck. Der Kompressordruck wird anhand der Eingaben von Drucksensoren vor und hinter dem Kompressor ermittelt. Somit wird die Stellung des Turboladers nicht wunschgemäß reguliert, sollte einer oder beide dieser Sensoren fehlerhaft sein.
Zur Vermeidung dieses Problems können einige Motorsteuersysteme eine Vorsteuerung zusätzlich oder anstelle des oben beschriebenen Rückkopplungsansatzes verwenden. Zusätzlich kann die Vorsteuerung das Übergangsverhalten des Systems verbessern. Üblicherweise gehört zum Vorsteuerungsansatz die Bestimmung eines Sollwerts für die Stellung des Turboladers auf Basis eines physikalischen Modells. Allerdings können vorhandene physikbasierte Modelle die Eigenschaften des Turboladersystems nicht korrekt erfassen, dadurch wird die Einstellungssteuerung des Turboladers behindert. Außerdem verfügen vorhandene physikbasierte Modelle über Koeffizienten, die durch zeitaufwendige Kalibrierungsarbeiten ermittelt werden.
Ein System und Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung steuert die Stellung des Turboladers unter Verwendung eines Feedforward-Ansatzes (Vorsteuerung) und eines Feedback-Ansatzes (Regelung). Zur Vorsteuerung gehört die Bestimmung einer Sollstellung für den Turbolader anhand eines physikbasierten Modells der linearen Parametervariation (LPV), das die physikalischen Eigenschaften des Turboladersystems akkurat erfasst. Zusätzlich verfügt das physikbasierte Modell über Koeffizienten, die mittels modifizierter kleinster Quadrate oder der Kalman-Filterung über die Zeit adaptiv gelernten werden, was die Kalibrierung unnötig macht. Weiterhin ermöglicht das adaptive Lernen der Koeffizienten dem System und Verfahren die Berücksichtigung der Veränderung der Motorbetriebsbedingungen wie beispielsweise Alterung des Systems, was die Steuerung der Stellung des Turboladers weiterhin verbessert.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 1 beinhaltet ein Fahrzeugsystem 100 einen Motor 102, der ein Luft-Kraftstoffgemisch verbrennt, um Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug zu erzeugen. Die Höhe des von dem Motor 102 erzeugten Antriebsmoments beruht auf einer Fahrereingabe von einem Fahrereingabemodul 104. Die Fahrereingabe kann auf einer Position eines Gaspedals basieren. Die Fahrereingabe kann auch auf einem Geschwindigkeitsregelungssystem basieren, das ein adaptives Geschwindigkeitsregelungssystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um einen zuvor festgelegten Folgeabstand zu halten.
Luft wird durch ein Ansaugsystem 108 in den Motor 102 gezogen. Das Ansaugsystem 108 beinhaltet einen Ansaugkrümmer 110 und eine Drosselklappe 112. Die Drosselklappe 112 kann ein Drosselklappenventil mit einer drehbaren Schaufel beinhalten. Ein Motorsteuergerät (Engine Control Module, ECM) 114 steuert ein Drosselstellgliedmodul 116, das wiederum die Öffnung des Drosselventils 112 zur Regelung der Menge der in den Ansaugkrümmer 110 angesaugten Luft steuert.
Die Luft vom Ansaugkrümmer 110 wird in die Zylinder des Motors gesaugt 102. Obwohl der Motor 102 mehrere Zylinder beinhalten kann, ist hier zu Veranschaulichungszwecken stellvertretend nur ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 dargestellt. Nur als Beispiel kann der Zylinder 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder beinhalten. Das ECM 114 kann einige der Zylinder deaktivieren, was den Kraftstoffverbrauch unter bestimmten Betriebsbedingungen des Motors verbessern kann.
Der Motor 102 kann im Viertaktbetrieb laufen. Die vier unten beschriebenen Takte heißen Ansaugtakt, Kompressionstakt, Verbrennungstakt und Ausstoßtakt. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) erfolgen zwei der vier Takte innerhalb des Zylinders 118. Demzufolge sind zwei Umdrehungen der Kurbelwelle erforderlich, damit der Zylinder 118 alle vier Takte ausführen kann.
Während des Ansaugtakts wird die Luft aus dem Ansaugkrümmer 110 durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 gesaugt. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoffstellgliedmodul 124, das die Kraftstoffeinspritzungen des Einspritzventils 125 reguliert, um ein gewünschtes Luft-/Kraftstoffverhältnis zu erreichen. Kraftstoff kann in den Ansaugkrümmer 110 an einer zentralen Stelle oder mehreren Stellen, wie z.°B. nahe am Einlassventil 122 jedes Zylinders, eingespritzt werden. In verschiedenen Implementierungen kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in die den Zylindern zugeordneten Mischkammern eingespritzt werden. Das Kraftstoffstellgliedmodul 124 kann das Einspritzen von Kraftstoff in die deaktivierten Zylinder stoppen.
Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit Luft und bildet innerhalb des Zylinders 118 ein Kraftstoff-/Luftgemisch. Während des Kompressionstaktes komprimiert ein Kolben (nicht dargestellt) im Zylinder 118 das Kraftstoff-/Luftgemisch. Der Motor 102 kann ein Dieselmotor sein, wobei in diesem Fall die Kompression in Zylinder 118 das Luft-/Kraftstoffgemisch zündet. Alternativ kann der Motor 102 ein Ottomotor sein, wobei in diesem Fall ein Zündfunkenstellgliedmodul 126 Spannung an eine Zündkerze 128 legt, um aufgrund eines Signals von ECM 114 einen Zündfunken in Zylinder 118 zu erzeugen, der das Luft-/Kraftstoffgemisch entzündet. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann so gelegt werden, dass sich der Kolben in diesem Moment in seiner als oberer Totpunkt (TDC) bezeichneten obersten Stellung befindet.
Das Zündfunkenstellgliedmodul 126 kann durch ein Zündfunkenzeitsignal gesteuert werden, das festlegt, wie lange vor oder nach dem oberen Totpunkt der Zündfunke gezündet werden soll. Weil die Kolbenstellung direkt mit der Kurbelwellendrehung zusammenhängt, kann die Funktion des Zündfunkenstellgliedmoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert werden. In verschiedenen Anwendungen kann das Funkenstellgliedmodul 126 die Funkenerzeugung für deaktivierte Zylinder stoppen.
Die Erzeugung des Zündfunkens wird auch als ein Zündereignis bezeichnet. Das Zündfunkenstellgliedmodul 126 kann die Fähigkeit haben, den Zündzeitpunkt für jedes Zündereignis zu ändern. Das Zündfunkenstellgliedmodul 126 ist möglicherweise sogar fähig, den Zündzeitpunkt für das nächste Zündereignis zu variieren, wenn das Zündfunkenzeitsignal zwischen einem letzten und dem nächsten Zündereignis geändert wird. In verschiedenen Implementierungen beinhaltet der Motor 102 möglicherweise mehrere Zylinder und das Zündfunkenstellgliedmodul 126 kann den Zündzeitpunkt im Verhältnis zum oberen Totpunkt für alle Zylinder in dem Motor 102 um dieselbe Größe verändern.
Während des Verbrennungstakts drückt die Verbrennung des Luft-/Kraftstoffgemischs den Kolben nach unten und treibt dadurch die Kurbelwelle an. Der Verbrennungstakt kann als die Zeit definiert werden, die zwischen dem Moment, in dem der Kolben den oberen Totpunkt erreicht und dem, an welchem der Kolben zum unteren Totpunkt zurückkehrt, vergeht. Während des Ausstoßtakts beginnt der Kolben, sich vom unteren Totpunkt nach oben zu bewegen und stößt dabei die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 aus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden über eine Abgasanlage 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. In unterschiedlichen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) für den Zylinder 118 steuern und/oder können die Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) mehrerer Zylinderbänke (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 steuern und/oder können Auslassventile (einschließlich des Auslassventils 130) mehrerer Zylinderbänke (einschließlich des Zylinders 118) steuern.
Der Zeitpunkt, an dem das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann hinsichtlich des oberen Totpunktes des Kolbens durch einen Einlassnockenversteller 148 variiert werden. Der Zeitpunkt, an dem das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann hinsichtlich des oberen Totpunktes des Kolbens durch einen Auslassnockenversteller 150 variiert werden. Ein Ventilstellgliedmodul 158 kann Ein- und Auslassnockenversteller 148 und 150 basierend auf Signalen vom ECM 114 steuern. Wenn vorhanden, kann der variable Ventilhub auch vom Ventilstellgliedmodul 158 gesteuert werden.
Das ECM 114 kann den Zylinder 118 steuern, indem es das Ventilstellgliedmodul 158 anweist, das Öffnen des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 zu deaktivieren. Das Ventilstellgliedmodul 158 kann das Öffnen des Einlassventils 122 deaktivieren, indem es das Einlassventil 122 von der Einlassnockenwelle 140 entkoppelt. Ebenso kann das Ventilstellgliedmodul 158 das Öffnen des Auslassventils 130 deaktivieren, indem es das Auslassventil 130 von der Auslassnockenwelle 142 entkoppelt. In verschiedenen Implementierungen kann das Ventilstellgliedmodul 158 das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 mit anderen Vorrichtungen als Nockenwellen betätigen, wie z. B. mit elektromagnetischen oder elektrohydraulischen Stellgliedern.
Das Motorsystem 100 kann eine Verstärkungsvorrichtung beinhalten, die dem Ansaugkrümmer 110 Druckluft bereitstellt. 1 stellt beispielsweise einen Turbolader dar, der eine heiße Turbine 160-1 aufweist, die durch heiße Abgase angetrieben wird, die durch das Abgassystem 134 strömen. Der Turbolader beinhaltet auch einen Kaltluftkompressor 160-2, der durch die Turbine 160-1 angetrieben ist, und der Luft komprimiert, die in die Drosselklappe 112 geleitet wird. In verschiedenen Implementierungen kann ein von der Kurbelwelle angetriebener Turbolader (nicht dargestellt) die Luft von dem Drosselventil 112 komprimieren und die komprimierte Luft in den Ansaugkrümmer 110 befördern.
Ein Wastegate 162 kann auch zulassen, dass die Abgase die Turbine 160-1 umgehen, wodurch die Verstärkung (die Menge an Ansaugluftkompression) des Turboladers reduziert wird. Das ECM 114 kann den Turbolader über ein Verstärkungsstellgliedmodul 164 steuern. Das Verstärkungsstellgliedmodul 164 kann die Verstärkung des Turboladers durch Steuern der Position des Wastegates 162 modulieren. Alternativ kann der Turbolader ein Modell mit variabler Geometrie sein und das Verstärkungsstellgliedmodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers durch Änderung der Stellung der verstellbaren Leitschaufeln (nicht dargestellt) im Turbolader regulieren. In unterschiedlichen Implementierungen können mehrere Turbolader durch das Verstärkungsstellgliedmodul 164 gesteuert werden.
Ein Intercooler (nicht dargestellt) kann einen Teil der in der Druckluftladung enthaltenen Hitze ableiten, die erzeugt wird, wenn die Luft komprimiert wird. Die Druckluftladung kann auch von Komponenten des Abgassystems 134 absorbierte Hitze aufweisen. Obwohl sie aus Gründen der Veranschaulichung getrennt dargestellt sind, können die Turbine 160-1 und der Kompressor 160-2 miteinander verbunden sein und die Ansaugluft in die Nähe heißer Abgase leiten.
Das Abgassystem 134 kann ein Abgasrückführventil (GAR) 170 beinhalten, das Abgas selektiv zum Ansaugkrümmer 110 zurückführt. Das AGR-Ventil 170 kann der Turbine 160-1 des Turboladers nachgelagert angeordnet sein. Das GAR-Ventil 170 kann durch ein GAR-Stellgliedmodul 172 gesteuert werden.
Das Abgassystem 134 kann auch einen AGR-Kühler 174 und ein Bypassventil für den AGR-Kühler 176 haben. Der AGR-Kühler 174 kann stromabwärts hinter dem HP AGR-Ventil 170 verbaut sein und das unter Hochdruck durch das HP AGR-Ventil 170 strömende Abgas kühlen. Das Bypassventil für den AGR-Kühler 176 kann Abgase unter Hochdruck am AGR-Kühler 174 vorbeileiten, wenn das Bypassventil 176 geöffnet wird. Das Bypassventil für den AGR-Kühler 176 kann von einem Stellgliedmodul 178 anhand von Signalen des ECM 114 gesteuert werden. Das ECM 114 kann das Bypassventil für den AGR-Kühler 176 öffnen, wenn der Motor 102 kalt gestartet wird, um die Temperatur des Motors 102 und/oder der Komponenten des Abgassystems 134 schneller auf die Betriebstemperatur zu bringen.
Das Motor-System 100 kann die Position der Kurbelwelle mit einem Kurbelwellenstellungssensor (CKP) 180 messen. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann mit einem Kühlmitteltemperatursensor (ECT) 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann innerhalb des Motors 102 oder an anderen Stellen angeordnet sein, an denen das Kühlmittel umgewälzt wird, wie beispielsweise ein Radiator (nicht dargestellt).
Der Druck im Ansaugkrümmer 110 kann mit einem Verteiler-Absolutdrucksensor (MAP) 184 gemessen werden. In verschiedenen Implementierungen kann der aus der Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck im Ansaugkrümmer 110 bestehende Motorunterdruck gemessen werden. Der Massendurchsatz der Luft, die in den Ansaugkrümmer 110 strömt, kann mit einem Luftmassenmessersensor (MAF) 186 gemessen werden. In unterschiedlichen Implementierungen kann der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse positioniert sein, das auch das Drosselventil 112 beinhaltet.
Das Drosselstellgliedmodul 116 kann die Stellung des Drosselventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drossellstellungssensoren (TPS) 190 überwachen. Die Temperatur der in den Motor 102 gezogenen Umgebungsluft kann mit einem Ansauglufttemperatur-Sensor (IAT) 192 gemessen werden. Der Druck der in den Motor 102 gezogenen Umgebungsluft kann mit einem Ansaugluftdrucksensor (IAP) 194 gemessen werden.
Die Temperatur des vom Motor 102 produzierten Abgases kann mit einem Abgastemperatursensor (AGT-Sensor) 196 gemessen werden. Der AGT-Sensor 196 kann im Abgassystem 134 stromaufwärts von der Turbine 160-1 verbaut sein, wie dargestellt. Der Druck des Abgases auf einer Austrittsseite der Turbine 160-1 kann unter Verwendung eines Turbinenaustrittsdrucksensors 198 gemessen werden. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren nutzen, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
Mit Bezug auf 2 gehört zu einem Implementierungsbeispiel des ECM 114 ein Modul für ein Solldrehmoment 202, ein Motordrehzahlmodul 204, ein Modul für einen tatsächlichen Druck 206 und ein Modul für einen Referenzdruck 208. Das Modul für ein Solldrehmoment 202 legt ein Solldrehmoment basierend auf der Fahrereingabe des Fahrereingabemoduls 104 fest. Das Modul für ein Solldrehmoment 202 kann eine oder mehrere Zuordnungen von Gaspedalstellungen zu Solldrehmomenten speichern und das Solldrehmoment basierend auf einer der Zuordnungen bestimmen. Das Modul für ein Solldrehmoment 202 gibt das Solldrehmoment aus.
Das Motordrehzahlmodul 204 bestimmt die Drehzahl des Motors 102 anhand der Kurbelwellenstellung des KWS-Sensors 180. Das Motordrehzahlmodul 204 kann beispielsweise die Motordrehzahl basierend auf der Zeit berechnen, die die Kurbelwelle braucht, um eine oder mehrere Umdrehung(en) zu vollenden. Das Motordrehzahlmodul 204 gibt die Motordrehzahl aus.
Das Modul für den tatsächlichen Druck 206 bestimmt einen Istwert für den Druck im Kompressor 160-2 des Turboladers. Das Modul für den tatsächlichen Druck 206 kann den aktuellen Druck im Kompressor anhand des Ansaugkrümmerdrucks bestimmen, der durch den MAP-Sensor 184 gemessen wird sowie des Umgebungsdrucks, der mit dem IAP-Sensor 194 gemessen wird. So kann beispielsweise das Modul für den tatsächlichen Druck 206 den Ansaugkrümmerdruck durch den Umgebungsdruck teilen, um den tatsächlichen Druck im Kompressor zu ermitteln. Das Modul für den tatsächlichen Druck 206 gibt den tatsächlichen Druck im Kompressor aus.
Das Referenzdruckmodul 208 bestimmt einen Soll- oder Referenzwert für den Druck im Kompressor 160-2 des Turboladers. Das Referenzdruckmodul 208 kann den Referenzdruck im Kompressor anhand des Solldrehmoments und der Motordrehzahl bestimmen. So kann beispielsweise das Referenzdruckmodul 208 den Referenzdruck im Kompressor anhand einer Nachschlagetabelle und/oder einer Gleichung bestimmen, die das Solldrehmoment und die Motordrehzahl zum Referenzdruck im Kompressor in Beziehung setzt. Das Referenzdruckmodul 208 gibt den Referenzdruck im Kompressor aus.
Das Implementierungsbeispiel des ECM 114 in 3 verfügt außerdem über ein Modul für die Zielstellung des Turboladers 210, ein Anpassungsmodul für die Stellung des Turboladers 212 und ein Turboladersteuermodul 214. Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 bestimmt eine Zielstellung des Turboladers unter Verwendung eines physikbasierten Modells. Die Zielstellung des Turboladers kann ein Sollwert für die Einstellung des Wastegates 162 oder für die Stellung der Leitschaufeln in einem Turbolader mit variabler Geometrie sein. In jedem Fall kann das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Zielstellung des Turboladers unter Verwendung der folgenden Beziehung bestimmen: ${\dot{p}}_{r c} = - P_{c} - j + P_{t},$
wo prc eine Änderungsrate des Drucks im Kompressor 160-2 ist, P_c die Leistungsabgabe des Kompressors 160-2, j die Trägheit einer Welle in der Turbine 160-1, und P_t die Leistungsabgabe der Turbine 160-1.
Falls es sich um die Zielstellung eines Turboladers mit variabler Geometrie handelt, so kann die Beziehung (1) zu der folgenden Beziehung ausgeweitet werden: ${\dot{p}}_{r c} = - c * P_{c} - c * Q_{c} * {\dot{Q}}_{c} + h_{t} (a_{0} + a_{1} Q_{e} + a_{2} {\dot{Q}}_{e}^{2} + a_{3} u_{V G T} + a_{4} {\dot{Q}}_{e} u_{V G T}),$
wo ṗ_rc eine Änderungsrate des Drucks im Kompressor 160-2 ist, c eine Konstante (z. B. ein vorbestimmter Wert), P_c die Leistungsabgabe des Kompressors 160-2, Q_c der Ansaugluftstrom ist, Q̇_c eine Änderungsrate der Ansaugluft, h_t
die Enthalpie des Abgases vom Motor 102, a₀, a₁, a₂, a₃, und a₄ sind Lernkoeffizienten, Q_e die Abgasströmung in der Turbine 160-1, und u_VTG ist die Zielstellung für den Turbolader mit variabler Geometrie.
Falls es sich um die Zielstellung des Wastegates 162 handelt, so kann die Beziehung (1) zu der folgenden Beziehung ausgeweitet werden: ${\dot{p}}_{r c} = - c * P_{c} - c * Q_{c} * {\dot{Q}}_{c} + g (t) (a_{0} Q_{W G} + a_{1} Q_{W G}^{2} + a_{2} Q_{W G}^{3} + a_{3} u_{W G} + a_{4} Q_{W G} u_{W G}),$
wo prc eine Änderungsrate des Drucks im Kompressor 160-2 ist, c eine Konstante (z. B. ein vorbestimmter Wert), P_c die Leistungsabgabe des Kompressors 160-2, Q_c der Ansaugluftstrom ist, Q̇_c eine Änderungsrate der Ansaugluft, g(t)
ist ein Kraftübertragungs-Koeffizient, a₀, a₁, a₂, a₃ und a₄ sind Lernkoeffizienten sind, Q_WG ist der Gesamtabgasdurchsatz durch die Turbine 160-1 und das Wastegate 162 und u_WG ist die Zielstellung des Wastegates 162.
Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann die Leistungsabgabe des Kompressors 160-2 basierend auf einem Druck im Kompressor 160-2, dem Massendurchsatz der Ansaugluft, dem Druck und der Temperatur der Umgebungsluft beispielsweise durch Verwendung einer Nachschlagetabelle und/oder einer Gleichung ermitteln. Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann den Massendurchsatz der Ansaugluft, den Umgebungsluftdruck und die Umgebungslufttemperatur jeweils vom MAF-Sensor 186, dem IAT-Sensor 192 und dem IAP-Sensor 194 erhalten. Bei der Bestimmung der Zielstellung des Turboladers im Rahmen der mit Bezug zu 3 nachfolgend beschriebenen Vorsteuerung kann das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Leistungsabgabe des Kompressors basierend auf dem Referenzdruck des Kompressors ermitteln. Bei der Bestimmung der Zielstellung des Turboladers im Rahmen des mit Bezug zu 4 nachfolgend beschriebenen Rückkopplungsansatzes kann das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Leistungsabgabe des Kompressors basierend auf dem tatsächlichen Druck des Kompressors ermitteln.
Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann den Ansaugluftstrom unter Verwendung der folgenden Beziehung bestimmen: $Q_{c} = {\dot{m}}_{a} \frac{\sqrt{T_{a}}}{P a},$
wobei Q_c der Ansaugluftstrom ist, ṁa der Massendurchsatz der Ansaugluft vom MAF-Sensor 186, T_a ist die Umgebungslufttemperatur vom IAT-Sensor 192 und p_a ist der Umgebungsluftdruck vom IAP-Sensor 194. Der durch die Beziehung (4) ermittelte Ansaugluftstrom kann als korrigierter Ansaugluftstrom bezeichnet werden, da die Beziehung (4) den Massendurchsatz der Ansaugluft aufgrund der Umgebungslufttemperatur und des Umgebungsluftdrucks anpasst oder korrigiert, um den korrigierten Ansaugluftstrom zu erreichen.
Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann den Abgasdurchsatz durch die Turbine 160-1 unter Verwendung der folgenden Beziehung bestimmen: $Q_{e} = {\dot{m}}_{t} \frac{\sqrt{T_{e x}}}{p_{t 0}},$
wobei Q_e die Abgasströmung ist, ṁ_t der Massendurchsatz des Abgases durch die Turbine 160-1, T_ex die Abgastemperatur vom AGT-Sensor 196 und p_to Turbinenauslassdruck vom TOP-Sensor 198. Der durch die Beziehung (5) ermittelte Abgasdurchsatz kann als korrigierter Turbinenabgasdurchsatz bezeichnet werden, da die Beziehung (5) den Massendurchsatz der Abgases durch die Turbine 160-1 aufgrund der Umgebungslufttemperatur und des Umgebungsluftdrucks anpasst oder korrigiert, um den korrigierten Turbinenabgasdurchsatz zu erreichen.
Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann den Massendurchsatz des Abgases durch die Turbine 160-1 basierend auf dem Massendurchsatz der Ansaugluft vom MAF-Sensor 186 und dem Massendurchsatz des eingespritzten Kraftstoffs in die Zylinder des Motors 102 bestimmen. So kann beispielsweise das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Summe der Massendurchsätze der Ansaugluft und des eingespritzten Kraftstoffs bilden, um den Massendurchsatz des Abgases durch die Turbine 160-1 zu erhalten. Der Massendurchsatz des eingespritzten Kraftstoffs kann ein angeordneter Wert sein.
Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann den gesamten Abgasdurchsatz durch die Turbine 160-1 und das Wastegate 162 unter Verwendung der folgenden Beziehung bestimmen: $Q_{W C} = {\dot{m}}_{e x} \frac{\sqrt{T_{e x}}}{p_{t 0}},$
wobei Q_WG die gesamte Abgasströmung durch die Turbine 160-1 und das Wastegate 162 ist, ṁ_ex der Massendurchsatz des Abgases durch die Turbine 160-1 und das Wastegate 162, T_ex die Abgastemperatur vom AGT-Sensor 196 und p_bis ist der Turbinenauslassdruck vom TOP-Sensor 198. Der durch die Beziehung (6) ermittelte Abgasdurchsatz kann als korrigierter Abgasdurchsatz bezeichnet werden, da die Beziehung (6) den Massendurchsatz des Abgases aufgrund der Umgebungslufttemperatur und des Umgebungsluftdrucks anpasst oder korrigiert, um den korrigierten Abgasdurchsatz zu erreichen.
Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann den Massendurchsatz des Abgases durch die Turbine 160-1 und das Wastegate 162 ausgehend von den Massendurchsätzen der Ansaugluft vom MAF-Sensor 186 und des eingespritzten Kraftstoffs in die Zylinder des Motors 102 bestimmen. So kann beispielsweise das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Summe der Massendurchsätze der Ansaugluft und des eingespritzten Kraftstoffs bilden, um den Massendurchsatz des Abgases durch die Turbine 160-1 und das Wastegate 162 zu erhalten. Wie oben erwähnt, kann der Massendurchsatz von eingespritztem Kraftstoff ein angeordneter Wert sein.
Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann den Kraftübertragungskoeffizienten aus der Beziehung (2) unter Verwendung der folgenden Beziehung bestimmen: $g (t) = \sqrt{T_{e x}} * p_{t 0},$
wo g(t) der Kraftübertragungskoeffizient ist, T_ex die Abgastemperatur vom AGT-Sensor 196 und p_to der Turbinenauslassdruck vom TOP-Sensor 198.
Wenn eine oder mehrere der Betriebsbedingungen des Motors stationär sind, kann das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Änderungsgeschwindigkeit für den Druck im Kompressor auf null setzen und den Zielwert für die Stellung des Turboladers unter Verwendung der Beziehung (2) oder (3) auflösen. Zu den Motorbetriebsbedingungen können Motordrehzahl, Ansaugluftstrom, und/oder Kraftstoffzufuhr gehören. Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann festlegen, dass die Motorbetriebsbedingungen stationärer Art sind, wenn eine Änderungsrate für die Motorbetriebsbedingungen niedriger als eine vorgegebene Rate ist. Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann festlegen, dass die Motorbetriebsbedingungen instationärer Art sind, wenn eine Änderungsrate für die Motorbetriebsbedingungen größer als eine vorgegebene Rate ist, oder dieser gleicht.
Sind die Motorbetriebsbedingungen instationär, kann das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 den Druck im Kompressor unter Verwendung der folgenden Beziehung bestimmen: $p_{r c} (k) = p_{r c} (k - 1) + Δ p_{r c},$
wobei p_rc(k) der Kompressordruck während einer gegenwärtigen Iteration k ist, p_rc(k-1) der Kompressordruck während einer vorherigen Iteration k-1, und Δp_rc die Änderung des Kompressordrucks von der vorherigen Iteration bis zur vorliegenden Iteration. Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann die Änderung des Kompressordrucks basierend auf einem Produkt aus der Änderungsrate des Kompressordrucks und einer Abtastperiode zwischen der vorherigen und der vorliegenden Iteration ermitteln. Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann die Änderungsrate für den Kompressordruck unter Verwendung der Beziehung (2) oder (3) bestimmen.
Bei der Bestimmung der Zielstellung des Turboladers im Rahmen der mit Bezug zu 3 nachfolgend beschriebenen Vorsteuerung kann das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 einen ersten Wert für die Leistungsabgabe des Kompressors basierend auf dem Referenzdruck des Kompressors ermitteln. Bei der Bestimmung der Zielstellung des Turboladers im Rahmen des mit Bezug zu 4 nachfolgend beschriebenen Rückkopplungsansatzes kann das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 den ersten Wert für die Leistungsabgabe des Kompressors basierend auf dem tatsächlichen Druck des Kompressors ermitteln. Bei der Bestimmung der Zielstellung des Turboladers bei entweder dem Ansatz mit der Vorsteuerung oder dem mit der Rückkopplung kann das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 einen ersten Wert für die Leistungsabgabe der Turbine basierend auf einem vorherigen Wert der Zielstellung des Turboladers ermitteln. Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann dann die Änderungsrate für den Kompressordruck basierend auf dem ersten Wert der Leistungsabgabe des Kompressors und dem ersten Wert der Leistungsabgabe der Turbine unter Verwendung von Beziehung (2) oder (3) ermitteln.
Nach der Ermittlung des Kompressordrucks unter Verwendung der Beziehung (8) kann das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Änderungsgeschwindigkeit des Kompressordrucks auf null setzen und den Zielwert für die Stellung des Turboladers unter Verwendung der Beziehung (2) oder (3) auflösen. Dabei kann das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 einen zweiten Wert der Leistungsabgabe des Kompressors basierend auf dem Referenzdruck des Kompressors unter Verwendung der Beziehung (8) ermitteln. Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann dann die Zielstellung des Turboladers anhand des zweiten Wertes für die Leistungsabgabe des Kompressors unter Verwendung der Beziehung (2) oder (3) bestimmen.
Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann bei jeder Bestimmung der Zielstellung des Turboladers durch das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Lernkoeffizienten der Verhältnisse (2) oder (3) anpassen oder erlernen. So kann beispielsweise das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Lernkoeffizienten durch Kalman-Filterung oder modifizierte kleinste Quadrate wie in der folgenden Beziehung bestimmen: ${\hat{θ}}_{k} = {\hat{θ}}_{k - 1} + L_{k} [y_{k} - φ_{k}^{T} * {\hat{θ}}_{k - 1}],$
wobei $φ = [1 Q_{e} Q_{e'}^{2} u_{V G T} Q_{e} u_{V G T}] und θ^{T} = [a_{0} a_{1} a_{2} a_{3} a_{4}] .$
${\hat{θ}}_{k}$
ein Vektor ist, der vorausgesagte Werte für die Lernkoeffizienten während einer gegenwärtigen Iteration k darstellt, ${\hat{θ}}_{k}$
ein Vektor ist, der vorausgesagte Werte für die Lernkoeffizienten während einer vorherigen Iteration k-1 darstellt, L_k ein vorausgesagter Zuwachs für die gegenwärtige Iteration k. yand $φ_{k}^{T}$
ist eine Transponente des oben identifizierten Vektorsφ während der vorliegenden
Iteration k. Y_k ist für die gegenwärtige Iteration k, ein Verhältnis (i) einer Summe aus der Leistungsabgabe des Kompressors und der Massenträgheit der Turbinenwelle zur (ii) der Enthalpie des Abgases vom Motor 102.
Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann den vorausgesagten Zuwachs unter Verwendung der folgenden Beziehung bestimmen $L_{k} = \frac{P_{k - 1} * φ_{k}}{λ_{k} + φ_{k}^{T} * P_{k} * φ_{k}},$
Wobei P_k-1 eine Kovarianzmatrix während der vorherigen Iteration k-1 ist, φ_k der oben identifizierte Vektor φ während der gegenwärtigen Iteration k, λ_k eine Lernrate während der gegenwärtigen Iteration k, $φ_{k}^{T}$
die Transponente des oben identifizierten Vektorsφ während der gegenwärtigen Iteration k, und P_k die Kovarianzmatrix während der gegenwärtigen Iteration k.
Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann die Kovarianzmatrix unter Verwendung der folgenden Beziehung bestimmen: $P_{k} = [P_{k - 1} - \frac{P_{k - 1} * φ_{k} * φ_{k}^{T} * P_{k - 1}}{λ_{k} + φ_{k}^{T} * P_{k - 1} * φ_{k}}] / λ_{k'}$
Wobei P_k die Kovarianzmatrix während der gegenwärtigen Iteration k ist, P_k-1 die Kovarianzmatrix während der vorherigen Iteration k-1, φ_k der oben identifizierte Vektor φ während einer gegenwärtigen Iteration k, λ_k ist die Lernrate während der vorliegenden Iteration k, und $φ_{k}^{τ}$
die Transponente des oben identifizierten Vektors φ während einer gegenwärtigen Iteration k.
Die Menge der durch das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 erlernten Systemparameter, wie beispielsweise die Lernkoeffizienten der Beziehungen (1) und (2), kann durch Lerngrenzen eingeschränkt oder begrenzt sein. Lerngrenzen können bei jeder Bestimmung der Zielstellung für den Turbolader durch das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 angewendet werden. So kann beispielsweise die Beziehung (2) umgeschrieben werden als $\begin{array}{l} {\dot{p}}_{r o} = f (t) + b (t) u_{V G T}, wo \\ f (t) = - c * P_{c} - c * Q_{c} * {\dot{Q}}_{c} + h_{t} (a_{0} + a_{1} Q_{e} + a_{2} Q_{e}^{2}) und b (t) = a_{3} + a_{4} Q_{e} . \end{array}$
In diesem Fall können die Lerngrenzen sein: bmin < b(k) < bmax, wobei bmin ein Mindestwert der Funktion b während der Iteration k ist (z. B. b während der Iteration k-1 minus 30 Prozent) und bmax ein Maximalwert der Funktion b während der Iteration k ist (z. B. b während der Iteration k-1 plus 30 Prozent).
Das Anpassungsmodul für die Stellung des Turboladers 212 bestimmt eine Anpassung der Stellung des Turboladers anhand eines Fehlers im Kompressordruck unter Verwendung eines Rückkopplungsansatzes. Das Anpassungsmodul für die Stellung des Turboladers 212 subtrahiert den aktuellen Kompressordruck vom Referenzkompressordruck, um den Fehler zu erhalten. Das Anpassungsmodul für die Stellung des Turboladers 212 kann die Anpassung der Stellung auf die Zielstellung mit einer proportional-integral-derivativen Steuerungstechnik (PID) bestimmen, wie in der folgenden Beziehung enthalten: $u (t) = K_{p} e (t) + K_{t} \int_{0}^{t} e (τ) d τ + K_{d} \frac{d e}{d t},$
wo u(t) die Stellung des Turboladers als Funktion der Zeit (t) ist, e(t) ist der Fehler im Kompressordruck, und Kp, Ki und Kd sind Koeffizienten für die jeweiligen proportionalen, integralen und derivativen Terme. Das Anpassungsmodul für die Stellung des Turboladers 212 gibt die Einstellung des Turboladers aus.
Das Turboladersteuermodul 214 steuert den Turbolader auf der Basis der Zielstellung des Turboladers und der Anpassung zur Zielstellung des Turboladers. So kann beispielsweise das Turboladersteuermodul 214 die Zielstellung des Turboladers durch Zufügen einer Änderung zur Zielstellung anpassen und die angepasste Stellung als Zielstellung des Turboladers ausgeben. Das Verstärkungsstellgliedmodul 164 kann dann die Stellung des Wastegates 162 auf die Zielstellung des Turboladers anpassen, die eine Zielstellung für das Wastegate 162 sein kann, wie oben erwähnt. Im Fall eines Turboladers mit variabler Geometrie kann das Verstärkungsstellgliedmodul 164 alternativ die Stellung der Leitschaufeln im Turbolader auf die Zielstellung des Turboladers justieren, die eine Zielstellung für die Schaufeln sein kann, wie oben erwähnt.
Mit Bezug auf 3 wird ein System zur Bestimmung der Zielstellung des Turboladers in einem Vorsteuerungsansatz veranschaulicht. System nach 3 verfügt über das Referenzdruckmodul 208, das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210, das Anpassungsmodul für die Stellung des Turboladers 212, einen ersten Summierpunkt 302, einen zweiten Summierpunkt 304 und ein Motorsubsystem 306. Das Motorsubsystem 306 kann ein Subsystem des Motorsystems 100 sein und Hardwarekomponenten des Motorsystems 100 enthalten, die vom ECM 114 gesteuert werden, wie beispielsweise der Motor 102.
Das Referenzdruckmodul 208 bestimmt den Referenzdruck des Kompressors basierend auf dem Solldrehmoment und der Motordrehzahl wie oben beschrieben und gibt ein Signal 308 aus, das den Referenzdruck des Kompressors indiziert. Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 bestimmt die Zielstellung des Turboladers anhand des Referenzdrucks im Kompressor unter Verwen-. dung der Beziehung (2) oder (3) wie oben beschrieben. Genauer gesagt bestimmt das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Leistungsabgabe des Kompressors basierend auf dem Referenzkompressordruck und bestimmt die Zielstellung des Turboladers anhand der Leistungsabgabe des Kompressors unter Verwendung der Beziehung (2) oder (3). Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 gibt ein Signal 310 zur Anzeige der Zielstellung des Turboladers aus.
Der erste Summierpunkt 302 ermittelt aus dem durch das Signal 308 indizierten Referenzkompressordruck und einem negativen Wert des durch das Signal 312 indizierten tatsächlichen Kompressordrucks eine Summe. Im Ergebnis subtrahiert der erste Summierpunkt 302 den tatsächlichen Kompressordruck vom Referenzkompressordruck. Der erste Summierpunkt 302 gibt ein Signal 314 aus, das die Differenz zwischen dem Referenzkompressordruck und dem tatsächlichen Kompressordruck indiziert.
Das Anpassungsmodul für die Stellung des Turboladers 212 bestimmt die Justierung auf die Zielstellung des Turboladers anhand des Fehlers im Kompressordruck wie oben beschrieben. Das Anpassungsmodul für die Stellung des Turboladers 212 gibt ein Signal 316 aus, das die Justierung auf die Zielstellung des Turboladers indiziert. Der zweite Summierpunkt 304 ermittelt aus der durch das Signal 310 indizierten Signalstellung des Turboladers und der durch das Signal 316 indizierten Justierung auf die Zielstellung des Turboladers eine Summe. Der zweite Summierpunkt 304 gibt ein Signal 318 aus, das die Summe aus der Zielstellung des Turboladers und der Justierung auf die Zielstellung des Turboladers indiziert.
Das Motorsubsystem 306 reagiert auf die vom Signal 318 indizierte Zielstellung des Turboladers, dadurch ergibt sich ein neuer tatsächlicher Kompressordruck, der durch das Signal 312 angezeigt wird. Auf diese Weise wird die Zielstellung des Turboladers bei einem Rückkopplungsansatz auf Grundlage des tatsächlichen Kompressordrucks angepasst. Zusätzlich wird bei einem Ansatz mit Vorsteuerung die Zielstellung des Turboladers unter Verwendung der Beziehung (2) oder (3) angepasst.
Mit Bezug auf 4 wird ein System zur Bestimmung der Zielstellung des Turboladers bei einem Rückkopplungsansatz dargestellt. Das System in 4 verfügt über die gleichen Elemente wie das System in 3. Allerdings bestimmt das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 in 4 die Zielstellung des Turboladers nicht anhand des durch das Signal 308 indizierten Referenzkompressordrucks. Stattdessen bestimmt das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Zielstellung des Turboladers anhand des durch das Signal 312 indizierten tatsächlichen Kompressordrucks. Somit wird die Zielstellung des Turboladers bei einem Rückkopplungsansatz unter Verwendung der Beziehung (2) oder (3) angepasst.
Mit Bezug auf 5 beginnt ein Beispielverfahren für das adaptive Lernen von Werten und die Steuerung eines Turboladers eines Motors auf der Basis der gelernten Werte bei 502. Das Verfahren wird im Kontext der Module in 2 beschrieben. Jedoch können die bestimmten Module, die die Schritte des Verfahrens ausführen, anders sein als die unten genannten Module, und/oder das Verfahren kann getrennt von den Modulen von 2 implementiert werden.
Bei 504 bestimmt das Modul für den tatsächlichen Druck 206 den aktuellen Druck im Kompressor 160-2 des Turboladers. Wie oben diskutiert, kann das Modul für den tatsächlichen Druck 206 den tatsächlichen Kompressordruck basierend auf dem durch den MAP-Sensor 184 gemessenen Ansaugkrümmerdruck und dem durch den IAP-Sensor 194 gemessenen Umgebungsdruck bestimmen. Bei 506 bestimmt das Referenzdruckmodul 208 den Referenzdruck im Kompressor 160-2. Der Referenzdruckmodul 208 kann den Referenzdruck im Kompressor anhand des Solldrehmoments und der Motordrehzahl ermitteln, wie oben beschrieben wird.
Bei 508 bestimmt das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210, ob die Motorbetriebsbedingungen instationär sind. Zu den Motorbetriebsbedingungen können Motordrehzahl, Ansaugluftstrom, und/oder Kraftstoffzufuhr gehören. Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann festlegen, dass die Motorbetriebsbedingungen stationärer Art sind, wenn eine Änderungsrate für die Motorbetriebsbedingungen niedriger als eine vorgegebene Rate ist. Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann festlegen, dass die Motorbetriebsbedingungen instationärer Art sind, wenn eine Änderungsrate für die Motorbetriebsbedingungen größer als eine vorgegebene Rate ist, oder dieser gleicht. Sind die Motorbetriebsbedingungen instationär, fährt das Verfahren bei 510 fort. Ansonsten läuft das Verfahren bei 512 weiter.
Bei 510 bestimmt das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Zielstellung des Turboladers mit einem instationären Modell. Genauer gesagt bestimmt das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 eine Änderungsrate des Kompressordrucks unter Verwendung der Beziehung (2) oder (3). Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 bestimmt dann einen aktuellen Wert des Kompressordrucks basierend auf einem vorherigen Wert des Kompressordrucks und der Änderungsrate des Kompressordrucks unter Verwendung der Beziehung (8).
Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann dann die Zielstellung des Turboladers anhand des aktuellen Werts des Kompressordrucks unter Verwendung eines stationären Moduls bestimmen. Genauer gesagt kann das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Leistungsabgabe des Kompressors basierend auf dem aktuellen Wert des Kompressordrucks ermitteln und die Änderungsrate des Kompressordrucks auf null setzen. Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 kann dann die Zielstellung des Turboladers unter Verwendung der Beziehung (2) oder (3) auflösen.
Bei 512 bestimmt das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Zielstellung des Turboladers anhand des Referenzdrucks im Kompressor oder des tatsächlichen Kompressordrucks unter Verwendung eines stationären Modells. Genauer gesagt setzt das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Änderungsrate des Kompressordrucks auf null und löst die Zielstellung des Turboladers unter Verwendung der Beziehung (2) oder (3) auf. Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 bestimmt die Leistungsabgabe des Kompressors basierend auf dem Kompressordruck beim Ansatz mit Vorsteuerung in 3.
Bei der Bestimmung der Änderungsrate des Kompressordrucks bei 510 oder der Bestimmung der Zielstellung des Turboladers bei 512, ermittelt das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Leistungsabgabe des Kompressors auf der Grundlage des tatsächlichen Kompressordrucks oder des Referenzkompressordrucks. Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 bestimmt die Leistungsabgabe des Kompressors basierend auf dem Kompressordruck beim Ansatz mit Vorsteuerung in 3. Das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 bestimmt die Leistungsabgabe des Kompressors auf der Grundlage des tatsächlichen Kompressordrucks bei Verwendung des Rückkopplungsansatzes in 4.
Bei 514 bestimmt das Anpassungsmodul für die Stellung des Turboladers 212 die Zielstellung des Turboladers anhand des Fehlers im Kompressordruck unter Verwendung, der Beziehung (12) (beispielsweise), wie oben beschrieben. Bei 516 steuert das Turboladersteuermodul 214 den Turbolader auf Basis der Zielstellung des Turboladers und der Justierung auf die Zielstellung des Turboladers, wie oben beschrieben wird. Bei 518 modifiziert oder lernt das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 die Lernkoeffizienten der Beziehungen (1) und (2) unter Verwendung der Beziehungen (8) bis (10), wie oben beschrieben wird. Das Verfahren führt dann einen weiteren Durchlauf des in 5 dargestellten Regelkreises aus und das Modul für die Zielstellung des Turboladers 210 verwendet die angepassten Lernkoeffizienten zur Bestimmung einer neuen Zielstellung des Turboladers.
Die vorhergehende Beschreibung ist rein illustrativ. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in zahlreichen Formen umgesetzt werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung also bestimmte Beispiele beinhaltet, ist der eigentliche Umfang der Offenbarung hierdurch in keiner Weise eingeschränkt, und weitere Modifikationen gehen aus dem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und den folgenden Ansprüchen hervor. Der Ausdruck „mindestens A, B oder C“, so wie er hier verwendet wird, bedeutet (A ODER B ODER C), d. h., es handelt sich um ein nicht-exklusives logisches ODER. Der Ausdruck bedeutet nicht „mindestens A, mindestens B und mindestens C“. Es sei darauf hingewiesen, dass einer oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
In dieser Anwendung, einschließlich der folgenden Definitionen, kann der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Steuerung“ ggf. durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. Der Begriff „Modul“ kann auf Folgendes verweisen bzw. Teil von Folgendem sein oder Folgendes beinhalten: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der Code ausführt; einen Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der einen von einem Prozessor ausgeführten Code speichert; andere geeignete Hardware-Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination von einigen oder allen der oben genannten, wie zum Beispiel in einem System-on-Chip.
Das Modul kann ebenfalls eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen beinhalten. In einigen Beispielen können die Schnittstellen-Schaltkreise kabelgebundene oder -lose Schnittstellen beinhalten, die mit einem lokalen Netzwerk (LAN), dem Internet, einem Weitverkehrsnetz (WAN) oder Kombinationen hieraus verbunden sind. Die Funktionalität der in dieser Offenbarung genannten Module kann auf mehrere Module verteilt werden, die mit Schnittstellen-Schaltkreisen verbunden sind. Beispiel: Mehrere Module können einen Lastenausgleich zulassen. In einem anderen Beispiel können von einem Servermodul Remote-Server (z.B. oder Cloud) bestimmte Funktionen eines Client-Moduls übernommen werden.
Der Begriff „Code“, wie oben verwendet, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode beinhalten, und auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte verweisen. Der Begriff „gemeinsamer Prozessor-Schaltkreis“ bezieht sich auf einen einzelnen Prozessor-Schaltkreis, der bestimmten oder vollständigen Code von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff „gruppierter Prozessor-Schaltkreis“ bezieht sich auf einen Prozessor-Schaltkreis, der in Kombination mit zusätzlichen Prozessor-Schaltkreisen bestimmten oder vollständigen Code von ggf. mehreren Modulen ausführt. Verweise auf mehrere Prozessorschaltkreise umfassen mehrere Prozessorschaltkreise auf diskreten Matrizen, mehrere Prozessor-Schaltkreise auf einem einzelnen Die, mehrere Kerne auf einem einzelnen Prozessor-Schaltkreis, mehrere Threads eines einzelnen Prozessor-Schaltkreises oder eine Kombination der oben genannten. Der Begriff „gemeinsamer Speicherschaltkreis“ bezieht sich auf einen einzelnen Speicherschaltkreis, der bestimmten oder vollständigen Code von mehreren Modulen speichert. Der Ausdruck „gruppierter Speicherschaltkreis“ bezieht sich auf einen Speicherschaltkreis, der in Kombination mit zusätzlichem Speicher bestimmten oder vollständigen Code von ggf. mehreren Modulen speichert.
Der Begriff „Speicherschaltkreis“ ist dem Ausdruck „computerlesbares Medium“ untergeordnet. Der Begriff „computerlesbares Medium“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich nicht auf transitorische elektrische oder elektromagnetische Signale, die sich in einem Medium ausbreiten (z. B. im Falle einer Trägerwelle); der Ausdruck „computerlesbares Medium“ ist daher als greifbar und nichttransitorisch zu verstehen. Nicht einschränkende Beispiele eines nicht-transitorischen, greifbaren computerlesbaren Mediums sind nicht-flüchtige Speicherschaltkreise (z. B. Flash-Speicherschaltkreise, löschbare programmierbare ROM-Schaltkreise oder Masken-ROM-Schaltkreise), flüchtige Speicherschaltkreise (z. B. statische oder dynamische RAM-Schaltkreise), magnetische Speichermedien (z. B. analoge oder digitale Magnetbänder oder ein Festplattenlaufwerk) und optische Speichermedien (z. B. CD, DVD oder Blu-ray).
Die im Rahmen dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig mit einem speziell hierfür vorgesehenen Computer, der für die Ausführung bestimmter Computerprogrammfunktionen konfiguriert ist, implementiert werden. Die Funktionsblöcke, Flussdiagramm-Komponenten und weiter oben beschriebenen Elemente dienen als Softwarespezifikationen, die von entsprechend geschulten Technikern oder Programmierern in Computerprogramme umgesetzt werden können.
Die Computerprogramme beinhalten prozessorausführbare Anweisungen, die auf zumindest einem nicht-transitorischen greifbaren computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können ebenfalls gespeicherte Daten enthalten oder auf gespeicherten Daten basieren. Die Computerprogramme können ein Basic Input Output System (BIOS) umfassen, das mit der Hardware des Spezialcomputers zusammenwirkt, Vorrichtungstreiber, die mit bestimmten Vorrichtungen des Spezialcomputers, einem oder mehreren Betriebssystemen, Benutzeranwendungen, Hintergrunddiensten, im Hintergrund laufenden Anwendungen usw. zusammenwirken.
Die Computerprogramme können Folgendes beinhalten: (i) Beschreibungstext, der geparst wird, wie etwa HTML (hypertext markup language) oder XML (extensible markup language), (ii) Assemblercode, (iii) Objektcode, der aus Quellcode von einem Compiler erstellt wurde, (iv) Quellcode zur Ausführung durch einen Interpreter, (v) Quellcode zur Kompilierung und Ausführung durch einen Just-intime-Compiler usw. Ausschließlich als Beispiel kann Quellcode mit einem Syntax von Sprachen, wie etwa C, C++, C#, Objective C, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5, Ada, ASP (active server pages), PHP, Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic®, Lua und Python®, geschrieben werden.

Claims

Verfahren, umfassend: das Bestimmen einer Zielstellung eines Turboladers auf Grundlage einer Beziehung zwischen der durch einen Kompressor des Turboladers erzeugten Energie, der Trägheit einer Welle in einer Turbine des Turboladers und der durch die Turbine erzeugten Energie, wobei die Zielstellung des Turboladers mindestens eine Zielstellung für die Schaufeln und eine Zielstellung für das Wastegate enthält; das Steuern des Turboladers auf Basis der Zielstellung des Turboladers; und Bestimmen der Turbinenwellenträgheit basierend auf einer Menge von Ansaugluft durch den Kompressor und einer Änderungsrate für die Menge von Ansaugluft durch den Kompressor.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das Bestimmen der Leistungsabgabe des Kompressors auf Grundlage eines Drucks im Kompressor, dem Massendurchsatz der Umgebungsluft, einem Druck der Umgebungsluft und einer Temperatur der Umgebungsluft.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Bestimmen der Leistungsabgabe des Kompressors auf Basis eines Sollwertes für den Druck im Kompressor.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Bestimmen der Leistungsabgabe des Kompressors auf Basis eines tatsächlichen Drucks im Kompressor.
Verfahren, umfassend: das Bestimmen einer Zielstellung eines Turboladers auf Grundlage einer Beziehung zwischen der durch einen Kompressor des Turboladers erzeugten Energie, der Trägheit einer Welle in einer Turbine des Turboladers und der durch die Turbine erzeugten Energie, wobei die Zielstellung des Turboladers mindestens eine Zielstellung für die Schaufeln und eine Zielstellung für das Wastegate enthält; und das Steuern des Turboladers auf Basis der Zielstellung des Turboladers; wobei die Beziehung einen ersten Term umfasst, der die Leistungsabgabe des Kompressors darstellt, einen zweiten Term zur Darstellung der Turbinenwellenträgheit und einen dritten Term für die Turbinenleistung; und wobei der dritte Term eine Funktion ist der Enthalpie des Abgases, der Zielstellung des Turboladers, der Abgasdurchsatzrate der Turbine und/oder des Wastegates, das ein Vorbeileiten des Abgases an der Turbine ermöglicht , und von Lernkoeffizienten; wobei in Fällen der instationären Motorbetriebsbedingungen das Verfahren weiterhin umfasst: das Bestimmen eines ersten Wertes der Leistungsabgabe des Kompressors auf Grundlage eines vorherigen Wertes für die Zielstellung des Turboladers; das Bestimmen einer Druckveränderung im Kompressor basierend auf einer Summe des ersten, zweiten und dritten Terms unter Verwendung des ersten Werts der Leistungsabgabe des Kompressors für den ersten Term; das Bestimmen eines Wertes für den tatsächlichen Druck im Kompressor basierend auf einer Summe eines vorherigen Wertes für den Kompressordruck und der Druckänderung im Kompressor; das Bestimmen eines zweiten Wertes der Leistungsabgabe des Kompressors auf der Grundlage des aktuellen Wertes für den tatsächlichen Druck; das Festlegen einer Summe aus dem ersten, zweiten und dritten Term auf null; und das Auflösen der Zielstellung des Turboladers unter Verwendung des zweiten Werts der Leistungsabgabe des Kompressors für den ersten Term.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend die Anpassung der Lernkoeffizienten nach jeder Bestimmung der Zielstellung des Turboladers.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend die Anpassung der Lernkoeffizienten basierend auf einer Lernrate und einem Abgasdurchsatz.
Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin umfassend das Festsetzen einer Summe des ersten, zweiten und dritten Terms auf null und die Auflösung der Zielstellung des Turboladers, wenn sich die Motorbetriebsbedingungen in einem stationären Bereich befinden.