DE102016209734B4

DE102016209734B4 - Verfahren zum Steuern von Aktuatoren eines Motors, um den Ansaugluftstrom einzustellen, wenn der Motor gestartet wird

Info

Publication number: DE102016209734B4
Application number: DE102016209734.2A
Authority: DE
Inventors: Klaus Pochner; Christopher E. Whitney
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2036-06-03
Also published as: US10450972B2; US20160363063A1; CN106246367B; DE102016209734A1; CN106246367A

Abstract

Verfahren, bei demeine Soll-Öffnungsfläche eines Drosselklappenventils eines Motors basierend auf einem ersten Solldruckverhältnis über das Drosselklappenventil bestimmt wird, wenn der Motor gestartet wird, wobei das erste Solldruckverhältnis über das Drosselklappenventil basierend auf einem ersten Solldruck im Ansaugkrümmer des Motors und einem Drosselklappen-Ansaugluftdruck bestimmt wird; und bei demnach dem Starten des Motors die Soll-Öffnungsfläche des Drosselklappenventils basierend auf dem ersten Solldruckverhältnis für eine erste Periode selektiv bestimmt wird, wozu:eine Drehmomentanforderung für den Motor basierend auf mindestens einer Fahrereingabe oder einer Sollmotordrehzahl erzeugt wird;Sets möglicher Sollwerte basierend auf der Drehmomentanforderung identifiziert werden, wobei jedes der Sets von möglichen Sollwerten ein Solldruckverhältnis über das Drosselklappenventil umfasst;Betriebsparameter des Motors für die Sets von möglichen Sollwerten vorhergesagt werden;Kostenwerte für die vorhergesagten Betriebsparameter bestimmt werden;eines der Sets von möglichen Sollwerten basierend auf den Kostenwerten ausgewählt wird;Sollwerte für die möglichen Sollwerte des ausgewählten Sets gesetzt werden, wobei die Sollwerte ein zweites Solldruckverhältnis über das Drosselklappenventil umfassen; undBestimmen der Soll-Öffnungsfläche des Drosselklappenventils während der ersten Periode nachdem der Motor gestartet ist basierend auf dem ersten Solldruckverhältnis oder dem zweiten Solldruckverhältnis, je nachdem welches den größeren Wert aufweist; und Betätigen des Drosselklappenventils basierend auf der Soll-Öffnungsfläche.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren, und insbesondere auf ein Verfahren zum Steuern von Aktuatoren eines Motors, um den Ansaugluftstrom einzustellen, wenn der Motor gestartet wird.
Bei elektronischen Steuerungen für Brennkraftmaschinen ist es bekannt, die Soll-Öffnung der Drosselklappe zur Erlangung eines gewünschten Drucks im Ansaugkrümmer und damit einer Soll-Ansaugluftmenge für den Startbetrieb einer Brennkraftmaschine zu bestimmen. Die US 2006 / 0 276 952 A1 lehrt ein entsprechendes Vorgehen. Ferner sind die Zusammenhänge zwischen Öffnungsgrad der DE 10 2007 053 782 A1 Drosselklappe und Druckverhältnis beispielsweise aus der bekannt.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verbrennen ein Luft/Kraftstoffgemisch in Zylindern zur Bewegung der Kolben zur Erzeugung des Antriebsmoments. Der Luftstrom in den Motor wird über eine Drosselklappe geregelt. Genauer stellt die Drosselklappe den Drosselklappenbereich ein, wodurch Luftstrom in den Motor erhöht oder verringert wird. Mit erhöhtem Drosselklappenbereich erhöht sich der Luftstrom in den Motor. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate, mit der Kraftstoff injiziert wird, ein, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoffgemisch in den Zylindern bereitzustellen und/oder eine gewünschte Drehmomentabgabe zu erreichen. Eine Erhöhung des Volumens der/des an die Zylinder gelieferten Luft und Kraftstoffs erhöht im Allgemeinen die Drehmomentabgabe des Motors.
In Ottomotoren löst der Zündfunken die Verbrennung eines Luft/Kraftstoffgemischs, das den Zylindern bereitgestellt wird, aus. In Dieselmotoren verbrennt die Kompression in den Zylindern das Luft/Kraftstoffgemisch, das den Zylindern bereitgestellt wird. Der Zündfunkenzeitpunkt und der Luftstrom können die primären Mechanismen zum Einstellen der Drehmomentabgabe von Ottomotoren sein, während der Kraftstoffstrom der primäre Mechanismus zum Einstellen der Drehmomentabgabe von Dieselmotoren sein kann.
Motorsteuersysteme wurden entwickelt, um das Motorausgabedrehmoment zu steuern, um ein gewünschtes Drehmoment zu erreichen. Herkömmliche Motorsteuersysteme steuern jedoch das Motorausgabedrehmoment nicht so genau wie gewünscht. Ferner bieten herkömmliche Motorsteuersysteme keine schnelle Reaktion, um Signale zu steuern oder die Motordrehmomentsteuerung unter verschiedenen Vorrichtungen zu koordinieren, die das Motorausgabedrehmoment beeinflussen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeichnet sich durch die Merkmale des Anspruchs 1 aus.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung gehen aus der detaillierten Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen hervor. Die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele sind nur zum Zweck der Veranschaulichung gedacht.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird verständlicher unter Zuhilfenahme der detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen, worin:

1 ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Motorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Motorsteuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Luftsteuermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
4 ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Bereichsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
5 ein Flussdiagramm ist, das ein exemplarisches Verfahren zum Steuern eines Drosselklappenventils, eine Ansaug- und Abgasventil-Phasenlage, ein Ladedruckregelventil und ein Abgasrückführungs (EGR)-Ventil unter Verwendung von modellprädiktiver Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 ein Flussdiagramm ist, das ein exemplarisches Verfahren zum Steuern der Aktuatoren darstellt, um den Ansaugluftstrom während eines Motorstarts einzustellen gemäß der vorliegenden Erfindung; und
7 ein Graph ist, der exemplarische Steuersignale und exemplarische Sensorsignale während eines Motorstarts gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

In den Zeichnungen können dieselben Referenznummern für ähnliche und/oder identische Elemente verwendet werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Motorsteuermodul (ECM) steuert die Drehmomentabgabe eines Motors. Genauer gesagt steuert das ECM Aktuatoren des Motors basierend auf Sollwerten, respektive basierend auf einem angeforderten Drehmomentbetrag. Das ECM steuert beispielsweise Ansaug- und Abgasnockenwellen-Phasenlage basierend auf Soll-Ansaug- und Abgas-Phasenlage-Winkeln, eine Drosselklappe basierend auf einer Soll-Drosselklappen-Öffnung, ein Abgasrückführungs (EGR)-Ventil basierend auf einer Soll-EGR-Öffnung , und ein Ladedruckregelventil eines Turboladers basierend auf einer Soll-Ladedruckregelventil-Öffnung oder -Position.
Das ECM kann die Sollwerte einzeln mit mehreren Single Input Single Output (SISO) Controllern, wie beispielsweise Proportional-Integral-Differential (PID)-Controllern, bestimmen. Wenn jedoch mehrere SISO-Controller verwendet werden, können die Sollwerte eingestellt werden, um die Systemstabilität auf Kosten möglicher Kraftstoffverbrauchsenkungen aufrechtzuerhalten. Zusätzlich kann die Kalibrierung und Gestaltung der einzelnen SISO-Controller teuer und zeitaufwändig sein.
Das ECM der vorliegenden Erfindung erzeugt Sollwerte mit einem modellprädiktiven Steuerungs (MPC)-Modul. Das MPC-Modul identifiziert Sets möglicher Sollwerte basierend auf z. B. einer Drehmomentanforderung, und wählt eines der Sets von möglichen Sollwerten, der die niedrigsten Kosten aufweist. Das MPC-Modul setzt die Sollwerte auf die jeweiligen möglichen Sollwerte des ausgewählten der Sets.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen die Sollwerte, die durch das MPC-Modul erzeugt werden, ein Solldruckverhältnis über das Drosselklappenventil. Genauer gesagt bestimmt das MPC-Modul Sets möglicher Sollwerte einschließlich möglicher Ansaug- und Abgas-Phasenlage-Winkel, mögliche Solldruckverhältnisse über dem Drosselklappenventil, mögliche Soll-EGR-Ventilöffnungen und mögliche Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungen. Das MPC-Modul wählt einen dieser Sets der möglichen Sollwerte und, unter bestimmten Bedingungen, stellt das Solldruckverhältnis über die Drosselklappe auf das mögliche Solldruckverhältnis des ausgewählten der Sets. Das ECM wandelt dann das Solldruckverhältnis in eine Soll-Drosselklappen-Öffnung um. Der MPC-Modul setzt auch die Soll-Ansaug-Phasenlage -Winkel, den Soll-Abgas-Phasenlage-Winkel, die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnung und die Soll-EGR-Ventilöffnung auf den mögliche Soll-Ansaug-Phasenlage-Winkel, den möglichen Soll-Abgas-Phasenlage-Winkel, die möglichen Soll-Ladedruckregelventil-Öffnung und die mögliche Soll-EGR-Ventilöffnung, jeweils des ausgewählten der Sets.
Wie oben erwähnt, kann das MPC-Modul die Sets der möglichen Werte basierend auf einer Drehmomentanforderung identifizieren. Jedoch kann das Steuern eines Motors, während eines Motorstarts, basierend auf einer Drehmomentanforderung nicht wünschenswert sein, da die Verbrennung noch nicht aufgebaut oder stabil ist, und die Drehmomentabgabe von dem Motor schwierig zu bestimmen ist. Somit kontrollieren, wenn ein Motor gestartet wird, einige ECMs Aktuatoren des Motors basierend auf kalibrierten Werten auf eine Open-Loop Art und Weise. Beispielsweise können, während eines Motorstarts, einige ECMs ein Drosselklappenventil basierend auf kalibrierten Werten einer Drosselklappenstellung steuern. Die ECMs können dann dazu übergehen, den Motor zu steuern basierend auf einem gewünschten Drehmoment, nachdem der Motor gestartet wird. Die kalibrierten Werte zu entwickeln erfordert Zeit und Mühe, und der Übergang von Open-Loop-Steuerung zu Drehmoment basierter Steuerung kann abrupte Änderungen in der Drehzahl des Motors ergeben.
Ein ECM gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert die Kalibrierungszeit durch die Steuerung von Aktuatoren eines Motors basierend auf einem Solldruck in einem Ansaugkrümmer des Motors, wenn der Motor gestartet wird. In einem Beispiel bestimmt das ECM ein erstes Solldruckverhältnis über ein Drosselklappenventil des Motors basierend auf dem Soll-Ansaugkrümmerdruck, und steuert das Drosselklappenventil basierend auf dem Solldruckverhältnis, wenn der Motor gestartet wird. Das ECM bestimmt auch ein zweites Druckverhältnis über das Drosselklappenventil unter Verwendung der MPC. Dann steuert, während einer Übergangsperiode, nachdem der Motor gestartet ist, das ECM die Luftstromaktuatoren basierend auf dem ersten Druckverhältnis oder dem zweiten Druckverhältnis, je nachdem welches einen größeren Wert aufweist. Wenn also ein Fahrer während der Übergangsperiode das Gaspedal antippt, reagiert das ECM auf die Beschleunigungsanforderung.
Wenn die Übergangsperiode beendet ist, kann das ECM die Drehmomentanforderung initialisieren, die verwendet wird, um das Set von möglichen Werten zu identifizieren, um abrupte Änderungen in der Motordrehzahl zu vermeiden. In einem Beispiel sagt das ECM die Drehmomentabgabe des Motors basierend auf dem ersten Solldruckverhältnis unter Verwendung von MPC vorher, und setzt die Drehmomentanforderung gleich der vorhergesagten Drehmomentabgabe des Motors. Das ECM kann dann die initialisierte Drehmomentanforderung auf eine vorbestimmte Rate einstellen, um eine Differenz zwischen einem nicht initialisierten Wert der Drehmomentanforderung und der initialisierten Drehmomentanforderung nach und nach zu verringern.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Motorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 umfasst einen Motor 102, 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 Ottomotor sein.
Luft wird in einen Ansaugkrümmer 110 durch ein Drosselklappenventil 112 gezogen. Das Drosselklappenventil 112 kann ein Drosselklappenventil mit einer drehbaren Klinge umfassen. Ein Motorsteuermodul (ECM) 114 steuert ein Drosselklappen-Aktuatormodul 116, das die Öffnung des Drosselklappenventils 112 reguliert, um die Luftmenge zu steuern, die in den Ansaugkrümmer 110 gezogen wird.
Luft vom Ansaugkrümmer 110 wird in die Zylinder des Motors 102 gezogen. Der Motor 102 kann mehrere Zylinder aufweisen, hier wird zum Zwecke der Veranschaulichung allerdings nur ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 dargestellt. Natürlich kann der Motor 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 bzw. 12 Zylinder umfassen. Das ECM 114 kann ein Zylinder-Aktuatormodul 120 anweisen, selektiv einige der Zylinder zu deaktivieren, was den Kraftstoffverbrauch unter bestimmten Betriebsbedingungen des Motors verbessern kann.
Der Motor 102 kann mit einem Viertaktzyklus betrieben werden. Die vier unten beschriebenen Hübe können als Ansaughub, Kompressionshub, Verbrennungshub und Abgashub bezeichnet werden. Bei jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) finden zwei der vier Hübe innerhalb des Zylinders 118 statt. Daher sind zwei Kurbelwellenumdrehungen erforderlich, damit der Zylinder 118 alle vier Hübe durchläuft.
Während des Ansaughubs wird Luft aus dem Ansaugkrümmer 110 durch ein Ansaugventil 122 in den Zylinder 118 gezogen. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoff-Aktuatormodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung reguliert, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoffverhältnis zu erreichen. Kraftstoff kann an einer zentralen Stelle oder an mehreren Stellen in den Ansaugkrümmer 110 eingespritzt werden, beispielsweise in der Nähe des Ansaugventils 122 eines jeden Zylinders. Bei verschiedenen Anwendungen (nicht gezeigt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in die den Zylindern zugeordneten Mischkammern 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 Zylinder 118. Während des Kompressionshubs komprimiert ein Kolben (nicht gezeigt) in Zylinder 118 das Luft-Kraftstoffgemisch. Ein Zündfunken-Aktuatormodul 126 erregt eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118 basierend auf einem Signal von dem ECM 114, was das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann im Verhältnis zu dem Moment angegeben werden, in dem sich der Kolben an der obersten Position befindet, auch oberer Totpunkt (OT) genannt.
Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann durch ein Zeitsignal gesteuert werden, das festlegt, wie lange vor oder nach dem OT der Zündfunke erzeugt werden soll. Da die Kolbenstellung direkt mit der Drehung der Kurbelwelle verbunden ist, kann der Betrieb des Zündfunken-Aktuatormoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert werden. Die Zündfunkenerzeugung wird auch als Zündereignis bezeichnet. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann die Fähigkeit besitzen, den Zündzeitpunkt für jedes Zündereignis zu verändern. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann den Zündzeitpunkt für das nächste Zündereignis variieren, wenn der Zündzeitpunkt zwischen einem letzten und dem nächsten Zündereignis geändert wird. In verschiedenen Anwendungen kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 die Bereitstellung von Zündfunken an deaktivierte Zylinder stoppen.
Während des Verbrennungstakts drückt die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs den Kolben weg vom OT, und treibt damit die Kurbelwelle an. Der Verbrennungstakt kann als die Zeit zwischen dem Moment, in dem der Kolben den OT erreicht und dem, an welchem der Kolben den unteren Totpunkt (UT) erreicht, definiert werden. Während des Abgashubs beginnt der Kolben, sich vom UT weg zu bewegen und stößt dabei die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Abgasventil 130 aus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden über eine Abgasanlage 134 aus dem Fahrzeug ausgestoßen.
Das Ansaugventil 122 kann durch eine Ansaug-Nockenwelle 140 gesteuert werden, während das Abgasventil 130 durch eine Abgas-Nockenwelle 142 gesteuert werden kann. In verschiedenen Anwendungen können mehrere Ansaug-Nockenwellen (einschließlich der Ansaug-Nockenwelle 140) mehrere Ansaugventile (einschließlich des Ansaugventils 122) für den Zylinder 118 und/oder für die Ansaugventile (einschließlich des Ansaugventils 122) mehrerer Zylinderreihen (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Ebenso können mehrere AbgasNockenwellen (einschließlich der Abgas-Nockenwelle 142) mehrere Abgas-Ventile für den Zylinder 118 und/oder die Abgasventile (einschließlich des Abgasventils 130) für mehrere Zylinderreihen (einschließlich des Zylinders 118) steuern. In verschiedenen anderen Anwendungen können das Ansaugventil 122 und/oder das Abgasventil 130 durch andere Vorrichtungen als Nockenwellen, wie beispielsweise nockenlose Ventilaktuatoren, gesteuert werden. Das Zylinder-Aktuatormodul 120 kann den Zylinder 118 deaktivieren, indem es das Öffnen des Ansaugventils 122 bzw. des Abgasventils 130 deaktiviert.
Der Zeitpunkt, an welchem das Ansaugventil 122 geöffnet wird, kann hinsichtlich des OT des Kolbens durch einen Ansaugnocken-Phasenlage 148 variiert werden. Der Zeitpunkt, an welchem das Abgasventil 130 geöffnet wird, kann hinsichtlich des OT des Kolbens durch einen Abgasnocken-Phasenlage 150 variiert werden. Ein Phasenlage-Aktuatormodul 158 kann die Ansaugnocken-Phasenlage 148 und die Abgasnocken-Phasenlage 150 aufgrund der Signale vom ECM 114 steuern. Wenn vorhanden, kann der variable Ventilhub (nicht gezeigt) auch vom Phasenlage-Aktuatormodul 158 gesteuert werden.
Das Motorsystem 100 kann einen Turbolader umfassen, der eine heiße Turbine 160-1 umfasst, die durch heiße Abgase angetrieben wird, die durch die Abgasanlage 134 strömen. Der Turbolader umfasst ferner einen Kaltluftkompressor 160-2, der durch die Turbine 160-1 angetrieben wird. Der Kompressor 160-2 komprimiert Luft, die in das Drosselklappenventil 112 führt. Bei verschiedenen Anwendungen kann ein Kompressor (nicht gezeigt), der von der Kurbelwelle angetrieben wird, Luft von dem Drosselklappenventil 112 komprimieren und die Druckluft an den Ansaugkrümmer 110 liefern.
Ein Ladedruckregelventil 162 kann es Abgasen ermöglichen, die Turbine 160-1 zu umgehen, wodurch die Verstärkung (die Menge an Ansaugluftverdichtung) , die von dem Turbolader bereitgestellt wird, verringert wird. Ein Boost-Aktuatormodul 164 kann die Verstärkung des Turboladers steuern, durch Steuern des Öffnens des Ladedruckregelventils 162. In verschiedenen Anwendungen können zwei oder mehr Turbolader angewendet werden und können durch das Boost-Aktuatormodul 164 gesteuert werden.
Ein Luftkühler (nicht gezeigt) kann Wärme von der Druckluftladung an ein Kühlmedium, wie beispielsweise Motorkühlmittel oder Luft, übertragen. Ein Luftkühler, der die Druckluftladung unter Verwendung von Motorkühlmittel kühlt, kann als ein Zwischenkühler bezeichnet werden. Ein Luftkühler, der die Druckluftladung mit Luft kühlt, kann als Ladeluftkühler bezeichnet werden. Die Druckluftladung kann Wärme erhalten, beispielsweise durch Kompression und/oder von Komponenten der Abgasanlage 134. Obwohl zum Zwecke der Darstellung getrennt dargestellt, können die Turbine 160-1 und der Kompressor 160-2 aneinander befestigt werden, was Ansaugluft in unmittelbare Nähe zu heißem Abgas platziert.
Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführungs (EGR)-Ventil 170 umfassen, das selektiv Abgas zurück in den Ansaugkrümmer 110 umleitet. Das EGR-Ventil 170 kann sich stromaufwärts der Turbolader-Turbine 160-1 befinden. Ein EGR-Ventil 170 kann durch ein EGR-Aktuatormodul 172 basierend auf Signalen vom ECM 114 gesteuert werden.
Eine Position der Kurbelwelle kann mit einem Kurbelwellenpositions-(CKP)-Sensor 180 gemessen werden. Eine Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle (eine Motordrehzahl) kann basierend auf der Kurbelwellenposition bestimmt werden. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann mit einem Kühlmitteltemperatur (ECT)-Sensor 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 befindet sich möglicherweise im Motor 102 oder an anderen Stellen, an welchen Kühlmittel zirkuliert, wie im Kühler (nicht abgebildet).
Der Druck im Ansaugkrümmer 110 kann mit einem Ansaugkrümmerabsolutdruck (MAP)-Sensor 184 gemessen werden. In verschiedenen Anwendungen kann auch der Motorunterdruck gemessen werden, d. h. die Differenz zwischen Umgebungsluftdruck und dem Druck im Ansaugkrümmer 110. Der Massendurchsatz der Luft, die in den Ansaugkrümmer 110 strömt, kann mit einem Luftmassenmesser (MAF) 186 gemessen werden. In verschiedenen Anwendungen befindet sich der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse, das auch die Drosselklappe 112 enthält.
Das Drosselklappen-Aktuatormodul 116 kann die Position der Drosselklappe 112 mit einem oder mehreren Drosselklappenstellungssensoren (TPS) 190 überwachen. Ein Druck des Lufteingangs zu dem Drosselklappenventil 112 kann unter Verwendung eines Drosselklappenansaugluftdruck (TIAP)-Sensors 191 gemessen werden. Die Umgebungstemperatur der in den Motor 102 gezogenen Luft, kann mit einem Ansauglufttemperatur (IAT)-Sensor 192 gemessen werden. Das Motorsystem 100 kann auch einen oder mehrere andere Sensoren 193 umfassen, wie beispielsweise einen Umgebungsdrucksensor, einen Motoröltemperatursensor, ein oder mehrere Klopfsensoren, einen Verdichteraustrittsdrucksensor und/oder einen Drosselklappenansaugdrucksensor. 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 kommunizieren, um Gangwechsel in einem Getriebe (nicht gezeigt) zu koordinieren. Beispielsweise kann das ECM 114 das Motordrehmoment während eines Gangwechsels reduzieren. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um den Betrieb des Motors 102 und eines Elektromotors 198 zu koordinieren. Der Elektromotor 198 kann auch als Generator funktionieren und kann verwendet werden, um elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Anlagen eines Fahrzeugs und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. In verschiedenen Anwendungen können verschiedene Funktionen des ECM 114, das Getriebesteuermodul 194 und das Hybridsteuermodul 196 in ein oder mehrere Module integriert werden.
Jedes System, das einen Motorparameter variiert, kann als ein Motoraktuator bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Drosselklappen-Aktuatormodul 116 die Öffnung des Drosselklappenventils 112 einstellen, um eine Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche zu erreichen. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 steuert die Zündkerzen, um einen Soll-Zündzeitpunkt zu erreichen relativ zu dem Kolben-OT. Das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 steuert die Kraftstoffeinspritzdüsen, um Sollbetankungsparameter zu erreichen. Das Phasenlage-Aktuatormodul 158 kann die Ansaug- und Abgasnocken-Phasenlage 148 und 150 steuern, um Soll-Ansaug- bzw. Abgasnocken-Phasenlage-Winkel zu erreichen. Das EGR-Aktuatormodul 172 kann das EGR-Ventil 170 steuern, um eine Soll-EGR-Öffnungsfläche zu erreichen. Das Boost-Aktuatormodul 164 steuert das Ladedruckregelventil 162, um eine Soll-Ladedruckregelventils -Öffnungsfläche zu erreichen. Das Zylinder-Aktuatormodul 120 steuert die Zylinder Deaktivierung, um eine Sollanzahl von aktivierten oder deaktivierten Zylindern zu erreichen.
Das ECM 114 erzeugt die Sollwerte für die Motoraktuatoren, um den Motor 102 zu veranlassen, ein Soll-Motorausgabedrehmoment zu erzeugen. Das ECM 114 erzeugt die Sollwerte für die Motoraktuatoren unter Verwendung der modellprädiktiven Steuerung, wie weiter unten erläutert.
Unter Bezugnahme auf 2 wird ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Motorsteuersystems dargestellt. Eine exemplarische Anwendung des ECM 114 umfasst ein Fahrer-Drehmomentmodul 202, ein Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 204, und ein Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206. Das ECM 114 kann ein Hybrid-Optimierungsmodul 208 umfassen. Das ECM 114 enthält auch ein Geschwindigkeitssteuermodul 210, ein Geschwindigkeitsbahn-modul 212, ein Reserven-/Lastenmodul 220, ein Drehmomentanforderungs-Modul 224, ein Luftsteuermodul 228, ein Zündfunkensteuermodul 232, ein Zylindersteuermodul 236 und ein Kraftstoffsteuermodul 240.
Das Fahrer-Drehmomentmodul 202 legt eine Fahrer-Drehmomentanforderung 254 basierend auf einer Fahrereingabe 255 des Fahrereingabemoduls 104 fest. Die Fahrereingabe 255 kann beispielsweise basieren auf einer Stellung eines Beschleunigungspedals und einer Stellung eines Bremspedals. Die Fahrereingabe 255 kann auch auf einem Tempomat basieren, der ein adaptiver Tempomat sein kann, der die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um einen voreingestellten Folgeabstand zu halten. Zum Beispiel kann das Fahrer-Drehmomentmodul 202 eine oder mehrere Abbildungen der Gaspedalstellung zum Solldrehmoment speichern und die Fahrer-Drehmomentanforderung 254 basierend auf einer Auswahl der Abbildungen bestimmen. Der Fahrer-Drehmomentmodul 202 kann auch einen oder mehrere Filter anwenden, um Grenzänderungen in der Fahrer-Drehmomentanforderung 254 zu bewerten.
Ein Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 204 entscheidet zwischen der Fahrer-Drehmomentanforderung 254 und anderen Achsdrehmomentanforderungen 256. Das Achsdrehmoment (Drehmoment an den Rädern) kann durch verschiedene Quellen, einschließlich eines Motors und/oder eines Elektromotors, hergestellt werden. Zum Beispiel können die Achsdrehmomentanforderungen 256 eine Drehmomentreduzierung umfassen, die durch ein Traktionssteuersystem angefordert wird, wenn positiver Radschlupf detektiert wird. Positiver Radschlupf tritt auf, wenn Achsdrehmoment die Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche überwindet, und die Räder beginnen gegen die Straßenoberfläche zu rutschen. Die Achsdrehmomentanforderungen 256 können auch eine Drehmomenterhöhungsanforderung umfassen, um negativem Radschlupf entgegenzuwirken, wobei ein Reifen des Fahrzeugs in die andere Richtung rutscht in Bezug auf die Straßenoberfläche, weil das Achsdrehmoment negativ ist.
Die Achsdrehmomentanforderungen 256 können auch Bremsenmanagementanforderungen und Fahrzeugüberdrehzahl-Drehmomentanforderungen umfassen. Bremsenmanagementanforderungen können das Achsdrehmoment reduzieren, um sicherzustellen, dass das Achsdrehmoment nicht die Fähigkeit der Bremsen überschreitet, das Fahrzeug zu halten, wenn das Fahrzeug gestoppt wird. Fahrzeugüberdrehzahl-Drehmomentanforderungen können das Achsdrehmoment reduzieren, um zu verhindern, dass das das Fahrzeug eine vorgegebene Geschwindigkeit überschreitet. Die Achsdrehmomentanforderungen 256 können auch durch Fahrzeugstabilitätskontrollsysteme erzeugt werden.
Das Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 204 gibt eine vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 und eine unmittelbare Drehmomentanforderung 258 basierend auf den Ergebnissen der Entscheidung zwischen den empfangenen Drehmomentanforderungen 254 und 256 aus. Wie unten beschrieben, können die vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen 257 und 258 von dem Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 204 selektiv durch andere Module des ECM 114 eingestellt werden, bevor sie verwendet werden, um die Motoraktuatoren zu steuern.
Im Allgemeinen kann die unmittelbare Drehmomentanforderung 258 eine Höhe eines derzeit gewünschten Achsdrehmoments sein, während die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 eine Höhe eines Achsdrehmoments sein kann, das kurzfristig benötigt werden kann. Das ECM 114 steuert das Motorsystem 100, um ein Achsdrehmoment gleich der unmittelbaren Drehmomentanforderung 258 zu erzeugen. Jedoch können verschiedene Kombinationen von Sollwerten im gleichen Achsdrehmoment resultieren. Das ECM 114 kann daher die Sollwerte einstellen, um einen schnelleren Übergang auf die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 zu ermöglichen, während das Achsdrehmoment noch auf der unmittelbaren Drehmomentanforderung 258 gehalten wird.
Bei verschiedenen Anwendungen kann die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 basierend auf der Fahrer-Drehmomentanforderung 254 eingestellt werden. Die unmittelbare Drehmomentanforderung 258 kann unter einigen Umständen auf weniger als die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 eingestellt werden, wie zum Beispiel, wenn die Fahrer-Drehmomentanforderung 254 Radschlupf auf einer vereisten Oberfläche verursacht. In einem solchen Fall kann ein Traktionssteuersystem (nicht gezeigt) eine Reduzierung über die unmittelbare Drehmomentanforderung 258 anfordern und das ECM 114 reduziert die Motordrehmomentabgabe auf die unmittelbare Drehmomentanforderung 258. Allerdings führt das ECM 114 die Reduzierung durch, sodass das Motorsystem 100 schnell die Herstellung der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 aufnehmen kann, sobald der Radschlupf aufhört.
Im Allgemeinen kann die Differenz zwischen der unmittelbaren Drehmomentanforderung 258 und der (in der Regel höheren) vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 als schnelle Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die schnelle Drehmomentreserve kann die Menge an Zusatzdrehmoment (über der unmittelbaren Drehmomentanforderung 258) darstellen, die das Motorsystem 100 mit minimaler Verzögerung herzustellen beginnen kann, beispielsweise, durch Einstellung des Zündzeitpunkts. Schnelle Motoraktuatoren werden verwendet, um das aktuelle Achsdrehmoment mit minimaler Verzögerung zu erhöhen oder zu verringern. Schnelle Motoraktuatoren werden im Gegensatz zu langsamen Motoraktuatoren definiert.
Im Allgemeinen können schnelle Motoraktuatoren das Achsdrehmoment schneller ändern als langsame Motoraktuatoren. Langsame Aktuatoren können langsamer auf Änderungen in ihren jeweiligen Sollwerten reagieren als dies schnelle Aktuatoren tun. Beispielsweise kann ein langsamer Aktuator mechanische Komponenten aufweisen, die Zeit benötigen, sich von einer Position zu einer anderen zu bewegen in Reaktion auf eine Änderung im Sollwert. Ein langsamer Aktuator kann auch durch die Menge der Zeit charakterisiert werden, die es benötigt, bis sich das Achsdrehmoment zu ändern beginnt, sobald der langsame Aktuator den geänderten Sollwert umzusetzen beginnt. Im Allgemeinen wird diese Menge an Zeit für langsame Aktuatoren länger sein als für die schnellen Aktuatoren. Zusätzlich kann das Achsdrehmoment bei einem langsamen Aktuator, selbst nachdem es sich zu ändern beginnt, länger benötigen, vollständig auf eine Änderung zu reagieren.
Nur als Beispiel kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 ein schneller Aktuator sein. Ottomotoren können Kraftstoffe verbrennen, einschließlich beispielsweise, Benzin und Ethanol, durch Anwendung eines Zündfunkens. Im Gegensatz dazu kann das Drosselklappenaktuator-Modul 116 ein langsamer Aktuator sein.
Zum Beispiel, wie oben beschrieben, kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 den Zündzeitpunkt für ein nächstes Zündereignis variieren, wenn der Zündzeitpunkt zwischen einem letzten Zündereignis und dem nächsten Zündereignis geändert wird. Im Gegensatz dazu benötigen Änderungen bei der Drosselklappen-Öffnung länger, um das Motorausgabedrehmoment zu beeinflussen. Das Drosselklappenaktuator-Modul 116 ändert die Drosselklappen-Öffnung durch Einstellen des Winkels der Klinge des Drosselklappenventils 112. Daher gibt es, wenn der Sollwert für das Öffnen des Drosselklappenventils 112 geändert wird, eine mechanische Verzögerung, da das Drosselklappenventil 112 sich von seiner vorherigen Position in eine neue Position bewegt in Reaktion auf die Änderung. Außerdem unterliegen Luftstromänderungen basierend auf der Grundlage der Drosselklappen-Öffnung Lufttransportverzögerungen in dem Ansaugkrümmer 110. Ferner wird erhöhter Luftstrom in dem Ansaugkrümmer 110 nicht als Erhöhung des Motorausgabedrehmoments realisiert, bis der Zylinder 118 zusätzliche Luft im nächsten Ansaughub empfängt , die zusätzliche Luft komprimiert, und den Verbrennungstakt beginnt.
Unter Verwendung dieser Aktuatoren als Beispiel, kann eine schnelle Drehmomentreserve durch Einstellen der Drosselklappen-Öffnung auf einen Wert geschaffen werden, der dem Motor 102 die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 zu erzeugen erlauben würde. Unterdessen kann der Zündzeitpunkt basierend auf der unmittelbaren Drehmomentanforderung 258 eingestellt werden, die weniger als die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 ist. Obwohl die Drosselklappen-Öffnung 102 einen ausreichenden Luftstrom für den Motor erzeugt, um die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 zu erzeugen, wird der Zündzeitpunkt verzögert (was das Drehmoment reduziert) basierend auf der unmittelbaren Drehmomentanforderung 258. Das Motorausgabedrehmoment wird daher gleich der unmittelbaren Drehmomentanforderung 258 sein.
Wenn zusätzliches Drehmoment erforderlich ist, kann der Zündzeitpunkt basierend auf der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 oder einem Drehmoment zwischen den vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen 257 und 258 eingestellt werden. Durch das folgende Zündungsereignis kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 den Zündzeitpunkt auf einen optimalen Wert zurücksetzen, der es dem Motor 102 ermöglicht, die volle Motorleistung zu erzeugen, die mit dem bereits vorhandenen Luftstrom erreichbar ist. Das Motorausgabedrehmoment kann daher schnell auf die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 erhöht werden, ohne dass Verzögerungen von der Änderung der Drosselklappen-Öffnung auftreten.
Das Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 204 kann die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 und die unmittelbare Drehmomentanforderung 258 an ein Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 ausgeben. In verschiedenen Anwendungen kann das Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 204 die vorhergesagte und die unmittelbare Drehmomentanforderung 257 und 258 an das Hybridoptimierungsmodul 208 ausgeben.
Das Hybridoptimierungsmodul 208 kann bestimmen, wie viel Drehmoment durch den Motor 102 hergestellt werden sollte und wie viel Drehmoment vom Elektromotor 198 hergestellt werden sollte. Das Hybridoptimierungsmodul 208 gibt dann modifizierte vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderungen 259 respektive 260 an das Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 aus. Bei verschiedenen Anwendungen kann das Hybridoptimierungsmodul 208 in dem Hybridsteuermodul 196 angewendet werden.
Die vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen, die von dem Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 empfangen werden, werden von einem Achsdrehmomentbereich (Drehmoment an den Rädern) in einen Antriebsdrehmomentbereich (Drehmoment an der Kurbelwelle) umgewandelt. Diese Umwandlung kann auftreten vor, nach, als Teil oder anstelle des Hybridoptimierungsmoduls 208.
Das Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 entscheidet zwischen Antriebsdrehmomentanforderungen 290, einschließlich der umgewandelten vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen. Das Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 erzeugt eine entschiedene vorhergesagte Drehmomentanforderung 261 und eine entschiedene unmittelbare Drehmomentanforderung 262. Die entschiedenen Drehmomentanforderungen 261 und 262 können durch die Auswahl einer Gewinnanforderung unter den empfangenen Drehmomentanforderungen erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich können die entschiedenen Drehmomentanforderungen erzeugt werden, durch Änderung von einer der empfangenen Anforderungen basierend auf einer weiteren der einen oder mehrerer der empfangenen Drehmomentanforderungen.
Zum Beispiel kann die Antriebsdrehmomentanforderung 290 Drehmomentreduzierungen für Motorüberdrehzahlschutz, Drehmomenterhöhungen für Kippschutz, und Drehmomentverringerungen, die durch das Getriebesteuermodul 194 angefordert werden, um Gangschalten aufzunehmen, umfassen. Die Antriebsdrehmomentanforderungen 290 können auch aus Kupplungskraftstoffabschaltung resultieren, die das Motorausgabedrehmoment reduziert, wenn der Fahrer das Kupplungspedal in einem Fahrzeug mit manuellem Getriebe drückt, um ein Aufflackern der Motordrehzahl zu verhindern.
Die Antriebsdrehmomentanforderungen 290 können auch eine Motorabschaltungsanforderung umfassen, die eingeleitet werden kann, wenn ein kritischer Fehler erkannt wird. Nur als Beispiel können kritische Fehler die Erkennung von Fahrzeugdiebstahl, einem blockiertem Startermotor, elektronische Drosselklappen-Steuerungsprobleme und unerwartete Drehmomenterhöhungen umfassen. Bei verschiedenen Anwendungen wählt die Entscheidung, wenn eine Motorabschaltungs-Anforderung vorliegt, die Motorabschaltungs-Anforderung als gewinnende Anforderung. Wenn die Motorabschaltungs-Anforderung vorliegt, kann das Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 Null als entschiedene Drehmomentanforderung 261 und 262 ausgeben.
In verschiedenen Anwendungen kann eine Motorabschaltungs-Anforderung den Motor 102 einfach abschalten, getrennt von dem Entscheidungsverfahren. Das Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 kann noch die Motorabschaltungs-Anforderung empfangen, sodass beispielsweise entsprechende Daten zurück an andere Drehmomentanforderer zugeführt werden können. Beispielsweise können alle anderen Drehmomentanforderer informiert werden, dass sie die Entscheidung verloren haben.
Das Geschwindigkeitssteuermodul 210 kann auch die vorhergesagten und die unmittelbaren Drehmomentanforderungen an das Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 ausgeben. vorhergesagt. Die Drehmomentanforderungen von dem Geschwindigkeitssteuermodul 210 können sich in einer Entscheidung durchsetzen, wenn das ECM 114 sich in einem Geschwindigkeitsmodus befindet. Der Geschwindigkeitsmodus kann gewählt werden, wenn der Fuß des Fahrers das Gaspedal nicht herunterdrückt, beispielsweise wenn das Fahrzeug im Leerlauf ist oder von einer höheren Geschwindigkeit ausrollt. Alternativ oder zusätzlich kann der Geschwindigkeitsmodus ausgewählt werden, wenn die vorhergesagte Drehmomentanforderung von dem Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 204 kleiner ist als ein vorbestimmter Drehmomentwert.
Das Geschwindigkeitssteuermodul 210 empfängt eine gewünschte Motordrehzahl von dem Geschwindigkeitsbahn-Modul 212, und steuert die vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen, um die Differenz zwischen der gewünschten Motordrehzahl und der aktuellen Motordrehzahl zu reduzieren. Nur als Beispiel kann das Geschwindigkeitsbahn-Modul 212 eine linear abnehmende gewünschte Motordrehzahl für Fahrzeug-Ausrollen, bis eine Leerlaufdrehzahl erreicht wird, ausgeben. Das Geschwindigkeitsbahn-Modul 212 kann dann weiterhin die Leerlaufdrehzahl als die gewünschte Motordrehzahl ausgeben.
Das Reserven-/Lasten-Modul 220 empfängt die entschiedenen Drehmomentanforderungen 261 und 262. Das Reserven-/Lasten-Modul 220 kann die entschiedenen Drehmomentanforderungen 261 und 262 einstellen, um eine schnelle Drehmomentreserve zu schaffen und/oder für eine oder mehrere Lasten zu kompensieren. Das Reserven-/Lasten-Modul 220 gibt dann eingestellte vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderungen 263 und 264 an das Drehmomentanforderungs-Modul 224 aus.
Nur als Beispiel kann ein Katalysator-Lightoff-Verfahren oder ein Kaltstart-Emissions-Reduktionsverfahren einen verzögerten Zündzeitpunkt erfordern. Das Reserven-/Lasten-Modul 220 kann daher die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung 263 über die eingestellte unmittelbare Drehmomentanforderung 264 erhöhen, um eine verzögerte Zündung für das Kaltstart-Emissions-Reduktionsverfahren zu schaffen. In einem anderen Beispiel können das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors und/oder der Luftmassenstrom direkt variiert werden, wie beispielsweise durch diagnostisches intrusives Äquivalenzverhältnis-Testen und/oder eine neue Motorspülung. Bevor diese Verfahren beginnen, kann eine schnelle Drehmomentreserve geschaffen oder erhöht werden, um Verringerungen des Motorausgabedrehmoments schnell auszugleichen, die aus der Magerung des Luft/Kraftstoffgemischs während dieser Verfahren resultieren.
Das Reserven-/Lasten-Modul 220 kann auch eine schnelle Drehmomentreserve im Vorgriff auf eine künftige Belastung, wie Servolenkungs-Pumpenbetrieb oder Eingriff einer Klimaanlagen (A/C)-Kompressorkupplung, erzeugen oder erhöhen. Die Reserve für den Eingriff der A/C-Kompressorkupplung kann erzeugt werden, wenn der Fahrer zum ersten Mal die Klimaanlage anfordert. Das Reserven-/Lasten-Modul 220 kann die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung 263 erhöhen, während die eingestellte unmittelbare Drehmomentanforderung 264 unverändert bleibt, um die Drehmomentreserve zu erzeugen. Dann, wenn die A/C-Kompressorkupplung eingreift, kann das Reserven-/Lasten-Modul 220 die eingestellte unmittelbare Drehmomentanforderung 264 um die geschätzte Belastung der A/C-Kompressorkupplung erhöhen.
Das Drehmomentanforderungs-Modul 224 empfängt die eingestellten vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen 263 und 264. Das Drehmomentanforderungs-Modul 224 bestimmt, wie die eingestellten vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen 263 und 264 erreicht werden. Das Drehmomentanforderungs-Modul 224 kann Motortyp spezifisch sein. Zum Beispiel kann das Drehmomentanforderungs-Modul 224 unterschiedlich implementiert werden oder unterschiedliche Steuerregelungen für Ottomotoren im Vergleich zu Dieselmotoren nutzen.
In verschiedenen Anwendungen kann das Drehmomentanforderungs-Modul 224 eine Grenze zwischen den Modulen definieren, die für alle Motortypen und Module, die Motortyp spezifisch sind, gemeinsam gelten. Beispielsweise können Motortypen Ottomotoren und Dieselmotoren umfassen. Module vor dem Drehmomentanforderungs-Modul 224, wie zum Beispiel das Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206, können für alle Motortypen gleich sein, während das Drehmomentanforderungs-Modul 224 und nachfolgende Module Motortyp spezifisch sein können.
Das Drehmomentanforderungs-Modul 224 bestimmt eine Luftdrehmomentanforderung 265 basierend auf den eingestellten vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen 263 und 264. Die Luftdrehmomentanforderung 265 kann ein Bremsdrehmoment sein. Das Bremsmoment kann sich auf das Drehmoment an der Kurbelwelle unter den aktuellen Betriebsbedingungen beziehen.
Sollwerte für Luftstrom, die die Motoraktuatoren steuern, werden basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 bestimmt. Genauer bestimmt das Luftsteuermodul 228 basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 eine Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266, eine Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267, eine Soll-EGR-Öffnungsfläche 268, einen Soll-Ansaugnocken-Phasenlagen-Winkel 269 und einen Soll-Abgasnocken-Phasenlagen-Winkel 270. Das Luftsteuermodul 228 bestimmt die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266, die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267, die Soll-EGR-Öffnungsfläche 268, den Soll-Ansaugnocken-Phasenlagen-Winkel 269 und den Soll-Abgasnocken-Phasenlagen-Winkel 270 unter Verwendung der modellprädiktiven Steuerung, wie weiter unten erläutert.
Das Boost-Aktuatormodul 164 steuert das Ladedruckregelventil 162, um die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 zu erreichen. Zum Beispiel kann ein erstes Umwandlungsmodul 272 die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 in einen Soll-Arbeitszyklus 274 umwandeln, der auf das Ladedruckregelventil 162 angewendet werden soll, und das Boost-Aktuatormodul 164 kann ein Signal auf das Ladedruckregelventil 162 basierend auf dem Soll-Arbeitszyklus 274 anwenden. Bei verschiedenen Anwendungen kann das erste Umwandlungsmodul 272 die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 in eine Soll-Ladedruckregelventil-Position (nicht gezeigt) umwandeln und die Soll-Ladedruckregelventil-Position in den Soll-Arbeitszyklus 274 umwandeln.
Das Drosselklappen-Aktuatormodul 116 steuert das Drosselklappenventil 112, um die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 zu erreichen. Zum Beispiel kann ein zweites Umwandlungsmodul 276 die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 in einen Soll-Arbeitszyklus 278 umwandeln, der auf das Drosselklappenventil 112 angewendet werden soll, und das Drosselklappen-Aktuatormodul 116 kann ein Signal auf das Drosselklappenventil 112 basierend auf dem Soll-Arbeitszyklus 278 anwenden. Bei verschiedenen Anwendungen kann das zweite Umwandlungsmodul 276 die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 in eine Soll-Drosselklappen-Position (nicht gezeigt) umwandeln und die Soll-DrosselklappenPosition in den Soll-Arbeitszyklus 278 umwandeln.
Das EGR-Aktuatormodul 172 steuert das EGR-Ventil 170, um die Soll-EGR-Öffnungsfläche 268 zu erreichen. Zum Beispiel kann ein drittes Umwandlungsmodul 280 die Soll-EGR-Öffnungsfläche 268 in einen Soll-Arbeitszyklus 282 umwandeln, der auf das EGR-Ventil 170 angewendet werden soll, und das EGR-Aktuatormodul 172 kann ein Signal auf das EGR-Ventil 170 basierend auf dem Soll-Arbeitszyklus 282 anwenden. Bei verschiedenen Anwendungen kann das dritte Umwandlungsmodul 280 die Soll-EGR-Öffnungsfläche 268 in eine Soll-EGR-Position (nicht gezeigt) umwandeln und die Soll-EGR-Position in den Soll-Arbeitszyklus 282 umwandeln.
Das Phasenlage-Aktuatormodul 158 steuert die Ansaugnocken-Phasenlage 148, um den Soll-Ansaugnocken-Phasenlage-Winkel 269 zu erreichen. Das Phasenlage-Aktuatormodul 158 steuert die Abgasnocken-Phasenlage 150, um Soll-Abgasnocken-Phasenlage-Winkel 270 zu erreichen. In verschiedenen Anwendungen kann ein viertes Umwandlungsmodul (nicht dargestellt) umfasst sein und kann die Soll-Ansaug- und Abgasnocken-Phasenlage-Winkel in Soll-Ansaug- bzw. Abgas-Arbeitszyklen umwandeln. Das Phasenlage-Aktuatormodul 158 kann die Soll-Ansaug- und Abgas-Arbeitszyklen auf die Ansaug- und Abgasnocken-Phasenlage 148 und 150 anwenden. Bei verschiedenen Anwendungen kann das Luftsteuerungsmodul 228 einen Sollüberlappungsfaktor und eine Soll-effektive Verschiebung bestimmen und das Phasenlage-Aktuatormodul 158 kann die Ansaug- und Abgasnocken-Phasenlage 148 und 150 steuern, um den Sollüberlappungsfaktor und die Soll-effektive Verschiebung zu erreichen.
Das Drehmomentanforderungs-Modul 224 kann auch eine Zündfunken-Drehmomentanforderung 283, eine Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung 284 und eine Kraftstoff-Drehmomentanforderung 285 erzeugen basierend auf den eingestellten vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen 263 und 264. Das Zündfunkensteuermodul 232 kann bestimmen, um wie viel der Zündzeitpunkt von einem optimalen Zündzeitpunkt zu verzögern ist (was das Motorausgabedrehmoment reduziert) basierend auf der Zündfunken-Drehmomentanforderung 283. Nur als Beispiel kann eine Drehmoment-Beziehung invertiert werden, um für einen Soll-Zündzeitpunkt 286 zu lösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (T_Req), kann der Soll-Zündzeitpunkt (S_T) 286 bestimmt werden, basierend auf: $S_{T} = f^{- 1} (T_{Req}, APC, I, E, AF, OT, #),$
wobei APC ein APC ist, I ein Ansaugventil-Phasenwert ist, E ein Abgasventil-Phasenwert ist, AF ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, OT eine Öltemperatur ist, und # eine Anzahl der aktivierten Zylinder ist. Die Beziehung kann in einer Gleichung bzw. einer Nachschlagetabelle enthalten sein. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AF) kann das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis sein, wie durch das Kraftstoffsteuermodul 240 berichtet.
Wenn der Zündzeitpunkt auf den optimalen Zündzeitpunkt eingestellt ist, kann das resultierende Drehmoment so nahe wie möglich zu einer minimalen Vorzündung sein für das beste Drehmoment (MBT Zündzeitpunkt). Bestes Drehmoment bezieht sich auf das maximale Motorausgabedrehmoment, das für einen gegebenen Luftstrom erzeugt wird, wenn der Zündzeitpunkt vorgerückt wird, während Kraftstoff mit einer Oktanzahl größer als eine vorbestimmte Oktanzahl verwendet wird und stöchiometrische Betankung verwendet wird. Der Zündzeitpunkt, zu dem dies am besten auftritt, wird als MBT Zündzeitpunkt bezeichnet. Der optimale Zündzeitpunkt kann sich leicht vom MBT Zündzeitpunkt unterscheiden, wegen beispielsweise der Kraftstoffqualität (wie beispielsweise wenn niedrigerer Oktankraftstoff verwendet wird) und Umweltfaktoren, wie beispielsweise Luftfeuchtigkeit und Temperatur. Das Motorausgabedrehmoment bei dem optimalen Zündzeitpunkt kann daher geringer sein als MBT. Nur beispielsweise kann eine Tabelle von optimalen Zündzeitpunkten, die unterschiedlichen Motorbetriebsbedingungen entsprechen, während einer Kalibrierungsphase des Fahrzeugdesigns bestimmt werden und der optimale Wert wird aus der Tabelle basierend auf den gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen bestimmt.
Die Zylinderabschaltung-Drehmomentanforderung 284 kann durch das Zylindersteuermodul 236 verwendet werden, um eine vorgegebene Sollanzahl von Zylindern 287 zur Deaktivierung zu bestimmen. In verschiedenen Anwendungen kann eine Sollanzahl von Zylindern zur Aktivierung, verwendet werden. Das Zylinder-Aktuatormodul 120 aktiviert und deaktiviert selektiv die Ventile der Zylinder basierend auf der Sollanzahl 287.
Das Zylindersteuermodul 236 kann auch das Kraftstoffsteuermodul 240 anweisen, die Bereitstellung von Kraftstoff an deaktivierte Zylinder zu stoppen, und kann das Zündfunkensteuermodul 232 anweisen, die Bereitstellung von Zündfunken an deaktivierte Zylinder zu stoppen. Das Zündfunkensteuermodul 232 kann die Bereitstellung von Zündfunken an einen Zylinder stoppen, wenn ein Luft/Kraftstoff-Gemisch, das bereits im Zylinder ist, verbrannt worden ist.
Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann die Menge an Brennstoff, die an jeden Zylinder basierend auf der Kraftstoffdrehmomentanforderung 285 bereitgestellt wird, variieren. Genauer, kann das Kraftstoffsteuermodul 240 Sollbetankungsparameter 288 basierend auf der Kraftstoffmomentanforderung 285 erzeugen. Die Sollbetankungsparameter 288 können zum Beispiel Sollkraftstoffmasse, Soll-Einspritzstartzeitpunkt und Sollanzahl der Kraftstoffeinspritzungen umfassen.
Während des normalen Betriebs kann das Kraftstoffsteuermodul 240 in einem Luftleitungsmodus arbeiten, in dem das Kraftstoffsteuermodul 240 versucht, ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrechtzuerhalten, durch Steuerung der Betankung basierend auf dem Luftstrom. Beispielsweise kann das Kraftstoffsteuermodul 240 eine Sollkraftstoffmasse bestimmen, die stöchiometrische Verbrennung ergeben wird, wenn sie mit einer gegenwärtigen Luftmasse pro Zylinder (APC) kombiniert wird.
3 ist ein funktionelles Blockdiagramm einer exemplarischen Anwendung des Luftsteuermoduls 228. Unter Bezugnahme auf 2 und 3, wie oben erläutert, kann die Luftdrehmomentanforderung 265 ein Bremsdrehmoment sein. Ein Drehmoment-Umwandlungsmodul 302 wandelt die Luftdrehmomentanforderung 265 von einem Bremsdrehmoment in ein Basisdrehmoment um. Die Drehmomentanforderung, die aus der Umwandlung der Luftdrehmomentanforderung 265 in das Basisdrehmoment resultiert, wird als eine Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 bezeichnet werden.
Basisdrehmomente können sich auf Drehmomente an der Kurbelwelle beziehen, die während des Betriebs des Motors 102 auf einem Rollenprüfstand entstehen, während der Motor 102 warm ist und keine Drehmomentlasten auf den Motor 102 durch Zubehör eingeführt werden, wie beispielsweise einen Wechselstromgenerator und den A/C-Kompressor. Das Drehmoment-Umwandlungsmodul 302 kann die Luftdrehmomentanforderung 265 in die Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 umwandeln, zum Beispiel unter Verwendung einer Abbildung oder einer Funktion, die Bremsdrehmomente auf Basisdrehmomente bezieht. In verschiedenen Anwendungen kann das Drehmoment-Umwandlungsmodul 302 die Luft-Drehmomentanforderung 265 in eine andere geeignete Art von Drehmoment umwandeln, beispielsweise ein angezeigtes Drehmoment. Ein angezeigtes Drehmoment kann sich auf ein Drehmoment an der Kurbelwelle beziehen, das Arbeit zugeordnet werden kann, die innerhalb der Zylinder durch die Verbrennung erzeugt wird.
Ein Solldruckverhältnis-Modul 306 bestimmt ein erstes Solldruckverhältnis 308 über das Drosselklappenventil 112. Das Luftsteuermodul 228 kann die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 auf der Grundlage des ersten Soll-Druckverhältnisses 308 und unabhängig von der Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 bestimmen, wenn der Motor 102 sich dreht. Das Solldruckverhältnis-Modul 306 bestimmt das erste Solldruckverhältnis 308 basierend auf einem ersten Soll-MAP 310 und einem Drosselklappenansaugluftdruck (TIAP) 312. Das Solldruckverhältnis-Modul 306 bestimmt das erste Solldruckverhältnis 308 unter Verwendung einer Funktion oder einer Abbildung, die den ersten Soll-MAP 310 und die TIAP 312 auf das erste Solldruckverhältnis 308 bezieht. Das Solldruckverhältnis-Modul 306 kann beispielsweise das erste Solldruckverhältnis 308 bestimmen, unter Verwendung der Gleichung: $T P R = T a r g e t M A P / T I A P,$
wobei TPR das erste Solldruckverhältnis 308 ist, Soll-MAP das erste Soll-MAP 310 ist und TIAP der TIAP 312 ist. Der TIAP 312 kann unter Verwendung des TIAP-Sensors 191 gemessen werden. In Anwendungen, in denen das erste Solldruckverhältnis 308 als Prozentsatz ausgedrückt wird, kann das Ergebnis der obigen Gleichung mit 100 multipliziert werden.
Ein Soll-MAP-Modul 313 bestimmt den ersten Soll-MAP 310. Der erste Soll-MAP 310 kann vorbestimmt sein, durch beispielsweise Messen eines tatsächlichen MAP während eines Versuchs, den Motor 102 zu starten, und Setzen des ersten Soll-MAP 310 gleich dem tatsächlichen MAP, der während eines erfolgreichen Starts des Motors 102 gemessen wird. Zusätzlich oder alternativ kann das Soll-MAP-Modul 313 den ersten Soll-MAP 310 basierend auf Luftdruck und Motorkühlmitteltemperatur bestimmen. In einem Beispiel, kann das Soll-MAP-Modul 313 einen vorbestimmten Wert des ersten Soll-MAPs 310 basierend auf Luftdruck und Motorkühlmitteltemperatur einstellen, um Faktoren wie Motorreibung und Pumpverluste zu kompensieren. Der Luftdruck kann mit einem der Sensoren 193 gemessen werden. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann mit dem ECT-Sensor 182 gemessen werden.
Ein MPC-Modul 314 erzeugt die Sollwerte 266 und 268-270, und ein zweites Solldruckverhältnis 320 unter Verwendung von MPC (modellprädiktive Steuerung). Das MPC-Modul 314 kann ein einzelnes Modul sein oder es kann mehrere Module umfassen. Beispielsweise kann das MPC-Modul 314 ein Sequenzbestimmungsmodul 316 umfassen.
Das Sequenzbestimmungsmodul 316 bestimmt mögliche Sequenzen von Sollwerten, die zusammen während N zukünftiger Regelkreise verwendet werden könnten. Jede der möglichen Sequenzen, die durch das Sequenzbestimmungsmodul 316 identifiziert werden, umfasst eine Sequenz von N Sollwerten. Genauer umfasst jede mögliche Sequenz eine Sequenz von N Werten für die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266, eine Sequenz von N Werten für das zweite Solldruckverhältnis 320 über das Drosselklappenventil 112, eine Sequenz von N Werten für die Soll-EGR-Öffnungsfläche 268, eine Sequenz von N Werten für den Soll-Ansaugnocken-Phasenlage-Winkel 269, und eine Sequenz von N Werten für den Soll-Abgasnocken-Phasenlage-Winkel 270. Jeder der N-Werte steht für einen entsprechenden der N zukünftigen Regelkreise. N ist eine ganze Zahl größer oder gleich eins. Ein Druckverhältnis über das Drosselklappenventil 112 bezieht sich auf ein Verhältnis eines Drucks an einer Ausgangsseite des Drosselklappenventils 112 zu einem Druck an einer Eingangsseite des Drosselklappenventils 112. MAP kann als der Druck an der Ausgangsseite des Drosselklappenventils 112 verwendet werden, TIAP kann als der Druck an der Eingangsseite des Drosselklappenventils 112 verwendet werden und Druckverhältnisse können als Quotienten ausgedrückt werden (z. B. MAP/TIAP).
Ein Vorhersagemodul 323 bestimmt vorhergesagte Antworten des Motors 102 auf die möglichen Sequenzen der Sollwerte, jeweils basierend auf einem mathematischen Modell 324 des Motors 102, exogenen Eingängen 328 und Rückkopplungseingängen 330. Genauer gesagt, auf der Grundlage einer möglichen Sequenz der Sollwerte, der exogenen Eingänge 328, und der Rückkopplungseingänge 330, unter Verwendung des Modells 324, erzeugt das Vorhersagemodul 323 eine Sequenz von N vorhergesagten Drehmomenten des Motors 102 für die N Regelkreise, eine Sequenz von N vorhergesagten APCs für die N Regelkreise, eine Sequenz von N vorhergesagten Mengen von externer Verdünnung für die N Regelkreise, eine Sequenz von N vorhergesagten Mengen an restlicher Verdünnung für die Regelkreise N, eine Sequenz von N vorhergesagten Verbrennungsphasenwerten für die N Regelkreise, und eine Sequenz von N vorhergesagten Verbrennungsqualitätswerten für die N Regelkreise.
Während ein Beispiel des Erzeugens des vorhergesagten Drehmoments, des vorhergesagten APCs, der vorhergesagten externen Verdünnung, der vorhergesagten restlichen Verdünnung, der vorhergesagten Verbrennungphase und der vorhergesagten Verbrennungsqualität beschrieben wird, können die vorhergesagten Parameter eine oder mehrere andere vorhergesagte Motorbetriebsparameter umfassen. Beispielsweise kann ein Effizienzparameter anstelle des vorhergesagten APC vorhergesagt werden, und der Effizienzparameter kann vorhergesagtes Drehmoment geteilt durch vorhergesagtes APC sein.
Das Modell 324 kann zum Beispiel eine oder mehrere Funktionen oder Abbildungen, die basierend auf den Merkmalen des Motors 102 kalibriert sind, umfassen. Verdünnung kann sich auf eine Menge von Abgas von einem vorigen Verbrennungsereignis beziehen, das innerhalb eines Zylinders für ein Verbrennungsereignis eingeschlossen ist. Externe Verdünnung kann sich auf Abgas beziehen, das für ein Verbrennungsereignis über das EGR-Ventil 170 bereitgestellt wird. Restliche Verdünnung kann sich auf Abgas beziehen, das in einem Zylinder verbleibt, und/oder Abgas, das nach dem Abgashub eines Verbrennungszyklus zurück in den Zylinder geschoben wird. Restliche Verdünnung kann auch als interne Verdünnung bezeichnet werden.
Verbrennungsphasen kann sich auf eine Kurbelwellenposition beziehen, bei der eine vorbestimmte Menge an eingespritztem Kraftstoff in einem Zylinder verbrannt wird relativ zu einer vorbestimmten Kurbelwellenposition für die Verbrennung der vorbestimmten Menge an eingespritztem Kraftstoff. Beispielsweise kann das Verbrennungsphasen in Bezug auf CA50 relativ zu einem vorbestimmten CA50 ausgedrückt werden. CA50 kann sich auf einen Kurbelwellenwinkel (CA) beziehen, bei dem 50 Prozent einer Masse des eingespritzten Kraftstoffs in einem Zylinder verbrannt wurde. Der vorbestimmte CA50 kann einem CA50 entsprechen, bei dem eine maximale Menge an Arbeit aus dem eingespritzten Kraftstoff erzeugt wird, und kann in verschiedenen Anwendungen etwa 8,5 - etwa 10 Grad nach dem OT (oberen Totpunkt) sein. Während das Verbrennungsphasen in Bezug auf CA50 Werte erläutert werden wird, kann ein anderer geeigneter Parameter, der anzeigend für das Verbrennungsphasen ist, verwendet werden. Darüber hinaus kann, während die Verbrennungsqualität als Variationskoeffizient (COV) der angezeigten mittleren Effektivdruck (IMEP)-Werte erläutert werden wird, ein anderer geeigneter Parameter, der anzeigend für die Verbrennungsqualität ist, verwendet werden.
Die exogenen Eingänge 328 können Parameter umfassen, die nicht direkt durch das Drosselklappenventil 112, das EGR-Ventil 170, den Turbolader, die Ansaugnocken-Phasenlage 148 und die Abgasnocken-Phasenlage 150 beeinflusst werden. Beispielsweise können die exogenen Eingänge 328 die Motordrehzahl, IAT, und/oder ein oder mehrere andere Parameter umfassen. Die Rückkopplungseingänge 330 können zum Beispiel eine geschätzte Drehmomentabgabe des Motors 102, ein Abgasdruck stromabwärts der Turbine 160-1 des Turboladers, das IAT, ein APC des Motors 102, eine geschätzte restliche Verdünnung, eine geschätzte externe Verdünnung und/oder ein oder mehrere andere geeignete Parameter umfassen. Die Rückkopplungseingänge 330 können unter Verwendung von Sensoren (zum Beispiel dem IAT) gemessen und/oder basierend auf einem oder mehreren anderen Parametern geschätzt werden.
Ein Kostenmodul 332 bestimmt einen Kostenwert für jede der möglichen Sequenzen der Sollwerte auf der Grundlage der vorhergesagten Parameter, die für eine mögliche Sequenz und Ausgangsreferenzwerte 356 bestimmt werden. Eine exemplarische Kostenermittlung wird weiter unten erläutert.
Ein Auswahlmodul 344 wählt eine der möglichen Sequenzen der Sollwerte jeweils basierend auf den Kosten der möglichen Sequenzen. Zum Beispiel kann das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten wählen, während Soll-Einschränkungen 348 und Vorhersage-Einschränkungen 352 erfüllt werden. Bei verschiedenen Anwendungen kann das Modell 324 die eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten wählen, während Soll-Einschränkungen 348 und Vorhersage-Einschränkungen 352 erfüllt werden. In verschiedenen Anwendungen kann die Erfüllung der Vorhersage-Einschränkungen 352 in der Kostenbestimmung berücksichtigt werden. In anderen Worten kann das Kostenmodul 332 die Kostenwerte weiter basierend auf den Vorhersage-Einschränkungen 352 bestimmen.
Das Auswahlmodul 344 kann die Sollwerte 266, 268-270 und 320 jeweils auf die ersten der N Werte der ausgewählten möglichen Sequenz setzen. In anderen Worten, kann das Auswahlmodul 344 die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 auf den ersten der N-Werte in der Sequenz von N Werten für die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 setzen, das zweite Solldruckverhältnis 320 über das Drosselklappenventil 112 auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für das zweite Solldruckverhältnis 320 setzen, die Soll-EGR-Öffnungsfläche 268 auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Soll-EGR-Öffnungsfläche 268 setzen, den Soll-Ansaugnockenphasen-Winkel 269 auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Soll-Ansaugnockenphasen-Winkel 269 setzen, und den Soll-Abgasnockenphasen-Winkel 270 auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Soll-Abgasnockenphasen-Winkel 270 setzen.
Während eines nächsten Regelkreises, kann das MPC-Modul 314 mögliche Sequenzen identifizieren, die vorhergesagten Parameter für die möglichen Sequenzen generieren, die Kosten von jeder der möglichen Sequenzen bestimmen, eine der möglichen Sequenzen wählen, und die Sollwerte 266, 268-270 und 320 jeweils auf die ersten dieser Werte in der ausgewählten möglichen Sequenz setzen. Dieses Verfahren setzt sich für jeden Regelkreis fort.
Ein Soll-Einschränkungsmodul 360 (siehe 2) setzt die Soll-Einschränkungen 348 für jeden der Sollwerte 266, 268-270 und 320. Mit anderen Worten, Soll setzt das Soll-Einschränkungsmodul 360 Soll-Einschränkungen für das zweite Solldruckverhältnis 320, Soll-Einschränkungen für die Soll-EGR-Öffnungsfläche 268, Soll-Einschränkungen für die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266, Soll-Einschränkungen für die Soll-Ansaugnockenphasen-Winkel 269 und Soll-Einschränkungen für die Soll-Abgasnockenphasen-Winkel 270.
Die Soll-Einschränkungen 348 für jeden der Sollwerte 266, 268-270, und 320 können einen Maximalwert für einen zugehörigen Sollwert und einen Minimalwert für diesen Sollwert umfassen. Das Soll-Einschränkungsmodul 360 kann im Allgemeinen die Soll-Einschränkungen 348 auf vorbestimmte Betriebsbereiche jeweils für das zweite Solldruckverhältnis 320, das EGR-Ventil 170, das Ladedruckregelventil 162, die Ansaugnocken-Phasenlage 148 und die Abgasnocken-Phasenlage 150 setzen. Jedoch kann das Soll-Einschränkungsmodul 360 ein oder mehrere der Soll-Einschränkungen 348 unter bestimmten Umständen variieren.
Für das zweite Solldruckverhältnis 320, kann der Maximalwert einem maximal möglichen Druckverhältnis über das Drosselklappenventil 112 entsprechen. Nur als Beispiel kann, wenn das Druckverhältnis in Prozent ausgedrückt wird (d. h. Ansaugdruck * 100/Ausgabedruck), der Maximalwert etwa 99,7 oder ein anderer geeigneter Wert sein. Der Minimalwert für das zweite Solldruckverhältnis 320 kann über das Drosselklappenventil 112 basierend auf einen minimalen Druckverhältnis gesetzt werden, um richtige Verbrennung zu erhalten. Der Minimalwert für das zweite Solldruckverhältnis 320 kann variieren. Das Soll-Einschränkungsmodul 360 kann den Minimalwert für das Solldruckverhältnis bestimmen, beispielsweise basierend auf einer oder mehreren Motorbetriebsbedingungen unter Verwendung einer Funktion oder einer Abbildung.
Ein Vorhersage-Einschränkungsmodul 364 (siehe 2) setzt die Vorhersage-Einschränkungen 352 für die vorhergesagte Drehmomentabgabe des Motors 102, den vorhergesagten CA50, das vorhergesagten COV des IMEP, die vorhergesagte restliche Verdünnung und die vorhergesagte externe Verdünnung. Die Vorhersage-Einschränkungen 352 für jeden der vorhergesagten Werte können einen Maximalwert für einen zugehörigen vorhergesagten Parameter und einen Minimalwert für diesen vorhergesagten Parameter umfassen. Beispielsweise können die Vorhersage-Einschränkungen 352 ein minimales Drehmoment, ein maximales Drehmoment, einen minimalen CA50 und einen maximalen CA50, ein minimales COV des IMEP und ein maximales COV des IMEP, eine minimale restliche Verdünnung und eine maximale restliche Verdünnung und eine minimale externe Verdünnung und eine maximale externe Verdünnung umfassen.
Das Vorhersage-Einschränkungsmodul 364 kann im Allgemeinen die Vorhersage-Einschränkungen 352 jeweils auf vorbestimmte Bereiche für die zugehörigen vorhergesagten Parameter setzen. Jedoch kann das Vorhersage-Einschränkungsmodul 364 ein oder mehrere der Vorhersage-Einschränkungen 352 unter bestimmten Umständen variieren.
Ein Referenzmodul 368 (siehe 2) erzeugt die Referenzwerte 356 für die Sollwerte 266, 268-270, respektive 320. Die Referenzwerte 356 umfassen einen Referenzwert für jeden der Sollwerte 266, 268-270 und 320. Mit anderen Worten, umfassen die Referenzwerte 356 eine Referenz-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche, ein Referenzdruckverhältnis über das Drosselklappenventil 112, eine Referenz-EGR-Öffnungsfläche, einen Referenz-Ansaugnockenphasen-Winkel und einen Referenz-Abgasnockenphasen-Winkel.
Das Referenzmodul 368 kann die Referenzwerte 356 bestimmen, beispielsweise basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 und/oder der Basis-Luftdrehmomentenanforderung 304. Die Referenzwerte 356 stellen Referenzen für das Setzen der Sollwerte 266, 268-270, respektive 320 bereit. Die Referenzwerte 356 können verwendet werden, um die Kostenwerte für mögliche Sequenzen zu bestimmen, wie weiter unten erläutert. Die Referenzwerte 356 können auch aus einem oder mehreren anderen Gründen verwendet werden, beispielsweise durch das Sequenz-Bestimmungsmodul 316, um mögliche Sequenzen zu bestimmen.
Um das Referenzdruckverhältnis über das Drosselklappenventil 112 zu bestimmen, kann das Referenzmodul 368 zunächst eine Referenz-APC basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 oder der Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 bestimmen und dann über das Drosselklappenventil 112 das Referenzdruckverhältnis basierend auf der Referenz-APC bestimmen. Das Referenzmodul 368 kann den Referenz-APC basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 oder der Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 bestimmen, mit der folgenden Beziehung: $APC = f^{- 1} (T_{A}, RPM, S, I, E, AF, OT, #),$
wobei APC der Referenz-APC ist, ATR die Luftdrehmomentanforderung 265 oder die Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 ist , I ein Ansaugventil-Phasenwert ist, E ein Abgasventil-Phasenwert ist, AF ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, OT eine Öltemperatur ist und # eine Anzahl der aktivierten Zylinder ist. Diese Beziehung kann in einer Gleichung bzw. einer Nachschlagetabelle enthalten sein. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AF) kann das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis sein, wie durch das Kraftstoffsteuermodul 240 berichtet. Das Referenzmodul 368 kann das Referenzdruckverhältnis über das Drosselklappenventil 112 basierend auf dem Referenz-APC unter Verwendung einer Nachschlagetabelle bestimmen.
Statt oder zusätzlich zur Erzeugung der Sequenzen von möglichen Sollwerte und der Bestimmung der Kosten für jede der Sequenzen, kann das MPC-Modul 314 eine Sequenz von möglichen Sollwerten mit den geringsten Kosten unter Verwendung von konvexen Optimierungstechniken identifizieren. Zum Beispiel kann das MPC-Modul 314 die Sollwerte 266, 268-270 und 320 unter Verwendung eines quadratischen Programmierungs (QP)-Lösers, wie beispielsweise eines Dantzig QP-Lösers, bestimmen. In einem anderen Beispiel kann das MPC-Modul 314 eine Oberfläche aus Kostenwerten für die möglichen Sequenzen der Sollwerte 266, 268-270 und 320 erzeugen und basierend auf der Steigung der Kostenoberfläche eine Sequenz von möglichen Sollwerten mit den niedrigsten Kosten identifizieren. Das MPC-Modul 314 kann dann die Sequenz der möglichen Sollwerte testen, um zu bestimmen, ob die Sequenz der möglichen Sollwerte die Soll-Einschränkungen 348 erfüllt. Falls dies so ist, kann das Auswahlmodul 314 die Sollwerte 266, 268-270 und 320 jeweils auf die ersten der N Werte dieser ausgewählten möglichen Sequenz setzen, wie oben erläutert.
Wenn die Soll-Einschränkungen 348 nicht erfüllt sind, wählt das MPC-Modul 314 eine weitere Sequenz von möglichen Sollwerten mit den nächst niedrigsten Kosten und testet diese Sequenz von möglichen Sollwerten auf die Erfüllung der Soll-Einschränkungen 348. Das Verfahren der Auswahl einer Sequenz und des Testens der Sequenz auf Erfüllung der Soll-Einschränkungen 348 kann als eine Iteration bezeichnet werden. Mehrere Iterationen können während jedes Regelkreises ausgeführt werden.
Das MPC-Modul 314 führt Iterationen durch, bis eine Sequenz mit den niedrigsten Kosten, die die Soll-Einschränkungen 348 erfüllt, identifiziert wird. Auf diese Weise wählt das MPC-Modul 314 die Sequenz von möglichen Sollwerten mit den niedrigsten Kosten, während die Soll-Einschränkungen 348 und die Vorhersage-Einschränkungen 352 erfüllt sind. Wenn eine Sequenz nicht identifiziert werden kann, kann das MPC-Modul 314 anzeigen, dass keine Lösung verfügbar ist.
Das Kostenmodul 332 kann die Kosten für die möglichen Sequenzen der Sollwerte 266, 268-270 und 320 bestimmen, basierend auf Beziehungen zwischen: dem vorhergesagten Drehmoment und Drehmomentanforderungen; den möglichen Sollwerten und den jeweiligen Soll-Einschränkungen 348; den vorhergesagten Parametern und den jeweiligen Vorhersage-Einschränkungen 352; und den möglichen Sollwerten und den jeweiligen Referenzwerten 356. Die Beziehungen können gewichtet werden, beispielsweise um die Wirkung zu steuern, die jede der Beziehungen auf die Kosten hat.
Nur als Beispiel kann das Kostenmodul 332 die Kosten für eine mögliche Sequenz der Sollwerte 266, 268-270 und 320 bestimmen, basierend auf oder unter Verwendung der folgenden Gleichung: $K o s t e n = \sum_{i = 1}^{N} ρ ε^{2} + {‖ w T * (T P_{i} - B A T R_{i}) ‖}^{2},$
gemäß der Soll-Einschränkungen 348 und der Vorhersage-Einschränkungen 352. Kosten sind die Kosten für die mögliche Sequenz der Sollwerte 266, 268-270 und 320, TPi ist das vorhergesagte Drehmoment des Motors 102 für einen i-ten der N Regelkreise, BATRi ist die Basis-Luftdrehmomentanforderung für den i-ten der N Regelkreise, und wT ist ein Gewichtungswert, der mit der Beziehung zwischen dem vorhergesagten Drehmoment und den Drehmomentanforderungen verbunden ist. BATR₁ ist die Basis-Luftdrehmomentanforderung 304. Bei verschiedenen Anwendungen, kann BATR BATR₂ - BATR_N auch auf die Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 gesetzt werden, oder BATR₂ - BATR_N kann basierend auf zukünftigen Motordrehmomentanforderungen gesetzt werden für die zukünftigen der N Regelkreise.
P ist ein Gewichtungswert im Zusammenhang mit Erfüllung der Vorhersage-Einschränkungen 352. ε ist eine Variable, die das Kosten-Modul 332 setzen kann, basierend darauf, ob die Vorhersage-Einschränkungen 352 erfüllt werden werden. Zum Beispiel kann das Kostenmodul 332 ε erhöhen, wenn ein vorhergesagter Parameter größer oder kleiner ist als der entsprechende Minimal- oder Maximalwert (beispielsweise um mindestens einen vorbestimmten Betrag). Das Kostenmodul 332 kann ε auf Null setzen, wenn alle der Vorhersage-Einschränkungen 352 erfüllt sind. p kann größer sein als der Gewichtungswert wT und andere nachstehend erörterten Gewichtungswerte (wPR, wWG, wEGR, wIP, wEP), sodass die für eine mögliche Sequenz bestimmten Kosten groß sein werden, wenn eine oder mehrere der Vorhersage-Einschränkungen 352 nicht erfüllt sind. Dies kann helfen, die Auswahl einer möglichen Sequenz zu verhindern, bei der eine oder mehrere der Vorhersage-Einschränkungen 352 nicht erfüllt sind.
Die obige Gleichung kann beispielsweise erweitert werden, um: $\begin{array}{l} K o s t e n = \sum_{i = 1}^{N} ρ ε^{2} + {‖ w T * (T P_{i} - B A T R_{i)}) ‖}^{2} + ‖ w P R * (P T P R i - \\ {P R R e f) ‖}^{2} + {‖ w W G * (P T W G O i - E G O R e f) ‖}^{2} + ‖ w E G R * (P T E G R O i - \\ {E G R O R e f ‖}^{2} + {‖ w I P * (P T I C P i - I C P R e f) ‖}^{2} + {‖ w E P * (P T E C P i - E C P R e f) ‖}^{2} . \end{array}$
wieder gemäß der Soll-Einschränkungen 348 und der Vorhersage-Einschränkungen 352. PTPRi ist ein mögliches Solldruckverhältnis über dem Drosselklappenventil 112 für den i-ten der N Regelkreise, PRRef ist das Referenzdruckverhältnis über dem Drosselklappenventil 112 und wPR ist ein Gewichtungswert, der mit der Beziehung zwischen dem möglichen Solldruckverhältnis und dem Referenzdruckverhältnis verbunden ist. PTWGOi ist eine mögliche Soll-Ladedruckregelventil-Öffnung für den i-ten der N Regelkreise, WGORef ist die Referenz-Ladedruckregelventil-Öffnung und wWG ist ein Gewichtungswert, der mit der Beziehung zwischen den möglichen Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungen und der Referenz-Ladedruckregelventil-Öffnung verbunden ist.
PTEGROi ist eine mögliche Soll-EGR-Öffnung für den i-ten der N Regelkreise, EGRRef ist die Referenz-EGR-Öffnung und wEGR ist ein Gewichtungswert, der mit der Beziehung zwischen den möglichen Soll-EGR-Öffnungen und der Referenz-EGR-Öffnung verbunden ist. PTICi ist ein möglicher Soll-Ansaugnockenphasen-Winkel für den i-ten der N Regelkreise, ICPRef ist der Referenz-Ansaugnockenphasen-Winkel und wIP ist ein Gewichtungswert, der mit der Beziehung zwischen dem möglichen Soll-Ansaugnockenphasen-Winkel und dem Referenz-Ansaugnockenphasen-Winkel verbunden ist. PTECi ist ein möglicher Soll-Abgasnockenphasen-Winkel für den i-ten der N Regelkreise, ECPRef ist der Referenz-Abgasnockenphasen-Winkel und wEP ist ein Gewichtungswert, der mit der Beziehung zwischen dem möglichen Soll-Abgasnockenphasen-Winkel und dem Referenz-Abgasnockenphasen-Winkel verbunden ist.
Der Gewichtungswert wT kann größer sein als die Gewichtungswerte wPR, wWG, wEGR, wIP und wEP. Auf diese Weise weisen die Beziehung zwischen dem vorhergesagten Motordrehmoment und den Basis-Luftdrehmomentanforderungen eine größere Auswirkung auf die Kosten, und daher auf die Auswahl einer der möglichen Sequenzen auf, wie unten weiter erläutert. Die Kosten steigen, wenn die Differenz zwischen dem vorhergesagten Motordrehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung sich erhöht und umgekehrt.
Die Gewichtungswerte wPR, wWG, wEGR, wIP und wEP können kleiner sein als alle anderen Gewichtungswerte. Auf diese Weise können während des stationären Betriebs, die Sollwerte 266, 268-270 und 320 sich in der Nähe respektive an den Referenzwerten 356 ansiedeln. Während des transienten Betrieb jedoch kann das MPC-Modul 314 die Sollwerte 266, 268-270 und 320 weg von den Referenzwerten 356 einstellen, um die Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 zu erreichen, während die Soll-Einschränkungen 348 und die Vorhersage-Einschränkungen 352 erfüllt werden.
Ein Sollbereichsmodul 372 (3) bestimmt die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 basierend auf dem ersten Solldruckverhältnis 308 über das Drosselklappenventil 112 und/oder dem zweiten Solldruckverhältnis 320 über das Drosselklappenventil 112. Wenn der Motor 102 sich dreht, kann das Sollbereichsmodul 372 die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 auf der Grundlage des ersten Soll-Druckverhältnisses 308 bestimmen. Darüber hinaus kann das MPC-Modul 314 die Sollwerte 266 und 268-270 einstellen, um die Ansaug- und Abgasnockenwellen-Phasenlage 148 und 150 in festen Positionen zu erhalten, das Ladedruckregelventil 162 zu öffnen, und das AGR-Ventil 170 zu schließen.
Für eine erste Periode (beispielsweise 0,5 Sekunden), nachdem der Motor 102 gestartet wird, kann das Sollbereichsmodul 372 die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 basierend auf dem ersten Solldruckverhältnis 308 oder dem zweiten Solldruckverhältnis 320 bestimmen, je nachdem welches einen größeren Wert aufweist. Das zweite Solldruckverhältnis 320 kann größer sein als das erste Solldruckverhältnis 308, wenn beispielsweise der Fahrer das Gaspedal antippt. Somit kann, während der ersten Periode, nachdem der Motor 102 gestartet wird, das Sollbereichsmodul 372 die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 basierend auf dem ersten Solldruckverhältnis 308 bestimmen, es sei denn, der Fahrer tippt das Gaspedal an. Wenn der Fahrer das Gaspedal während der ersten Periode, nachdem der Motor 102 gestartet wird, antippt, kann das Sollbereichsmodul 372 die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 basierend auf dem zweiten Solldruckverhältnis 320 bestimmen.
Das Sollbereichsmodul 372 kann bestimmen, wenn der Motor 102 gestartet wird basierend auf der Motordrehzahl. Zum Beispiel kann das Sollbereichsmodul 372 bestimmen, dass der Motor 102 angelassen wird, wenn die Motordrehzahl größer ist als eine vorgegebene Drehzahl. Die vorbestimmte Geschwindigkeit kann in einem Bereich von 400 Umdrehungen (Umdrehungen pro Minute) bis 600 Umdrehungen liegen. Das Sollbereichsmodul 372 kann die Motordrehzahl basierend auf der Kurbelwellenstellung von dem CKP-Sensor 180 bestimmen.
Wenn der Motor 102 startet, kann die Drehzahl des Motors 102 abrupt steigen (zunehmen) bevor sie sich auf eine Leerlaufdrehzahl ansiedelt (abnehmend). Dieser abrupte Anstieg und Abfall der Motordrehzahl kann als Motor-Flare bezeichnet werden. Das Sollbereichsmodul 372 kann die Länge der ersten Periode einstellen, um sicherzustellen, dass die Motordrehzahl während eines Motor-Flare ihren Maximalwert erreicht, bevor die erste Periode endet. Um dies zu erreichen, kann das Sollbereichsmodul 372 die Dauer der ersten Periode basierend auf der Motoröltemperatur und/oder dem Luftdruck bestimmen. Zu diesem Zweck kann die mechanische Reibung in dem Motor 102 umgekehrt proportional zu der Motoröltemperatur sein, und die Drehmomentabgabe des Motors 102 kann direkt proportional zu dem Luftdruck sein. Somit kann die Menge an Zeit, die die Motordrehzahl beim Motorstart benötigt ihren Höchstwert zu erreichen, zunehmen, wenn die Motoröltemperatur abnimmt und/oder der Luftdruck abnimmt. Daher kann das Sollbereichsmodul 372 die Dauer der ersten Periode erhöhen, wenn die Motoröltemperatur abnimmt und/oder der Luftdruck abnimmt. Umgekehrt kann die Menge an Zeit, die die Motordrehzahl beim Motorstart benötigt ihren Höchstwert zu erreichen, abnehmen, wenn die Motoröltemperatur zunimmt und/oder der Luftdruck zunimmt. Daher kann das Sollbereichsmodul 372 die Dauer der ersten Periode verringern, wenn die Motoröltemperatur zunimmt und/oder der Luftdruck zunimmt. Die Motoröltemperatur kann unter Verwendung von einem der Sensoren 193 gemessen werden. Der Luftdruck kann unter Verwendung des MAP-Sensors 184 und/oder des TIAP Sensors 191 gemessen werden, bevor der Motor 102 beginnt sich zu drehen.
Wenn die erste Periode endet, kann das Sollbereichsmodul 372 aufhören, die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 basierend auf dem ersten Solldruckverhältnis 308 zu bestimmen und beginnen die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 basierend auf dem zweiten Solldruckverhältnis 320 zu bestimmen. Wie oben erläutert, wird das erste Solldruckverhältnis 308 unabhängig von der Basis-Luftmomentanforderung 304 bestimmt und das zweite Solldruckverhältnis 320 wird basierend auf der Basis-Luftmomentanforderung 304 bestimmt. Somit kann, wenn die erste Periode endet, das Sollbereichsmodul 372 beginnen, die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 basierend auf der Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 zum ersten Mal zu bestimmen.
Wenn das erste Solldruckverhältnis 308 und das zweite Solldruckverhältnis 320 deutlich unterschiedlich sind, wenn die erste Periode endet, kann der Übergang in der Art, in der die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 bestimmt wird, merkliches Motor-Flare oder -Ruckeln ergeben. Um dies zu verhindern, wenn die erste Periode endet, kann ein Drehmoment-Initialisierunsmodul 374 die Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 basierend auf einem Referenzdrehmoment 376 initialisieren, um eine initialisierte Basis-Luftdrehmomentanforderung 378 zu ergeben. Obwohl separat in 3 gezeigt, kann das Referenzdrehmoment 376 einer Referenzwerte 356, die vom Referenzmodul 368 (2) an das Luftsteuermodul 228 gesendet werden, sein. Das Referenzmodul 368 kann das Referenzdrehmoment 376 basierend auf dem ersten Solldruckverhältnis 308 unter Verwendung (einer inversen der) der Beziehungen, die verwendet werden, um das Referenzdruckverhältnis über das Drosselklappenventil 112 basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zu bestimmen, bestimmen. Das Drehmoment-Initialisierungsmodul 374 kann die Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 durch Setzen der Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 gleich dem Referenzmoment 376 initialisieren. Das Drehmoment-Initialisierungsmodul 374 kann dann die initialisierte Basis-Luftdrehmomentanforderung 378 auf eine vorbestimmten Rate einstellen, um eine Differenz zwischen (dem nicht initialisierten Wert) der Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 und der initialisierten Basis-Luftdrehmomentanforderung 378 nach und nach zu verringern.
In verschiedenen Anwendungen kann das Drehmoment-Initialisierungsmodul 376 sich in dem Geschwindigkeitssteuermodul 210 (2) anstelle von dem Luftsteuermodul 228 befinden. Zusätzlich oder alternativ kann das Drehmoment-Initialisierungsmodul 376 die vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomente initialisieren, die von dem Geschwindigkeitssteuermodul 210 ausgegeben werden, anstatt die Basis-Luftdrehmomentenanforderung 304 zu initialisieren. Das Drehmoment-Initialisierungsmodul 376 kann dann die initialisierte vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen auf eine vorbestimmte Rate einstellen, um eine Differenz zwischen nicht initialisierten Werten der vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen und den initialisierten vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderung nach und nach zu verringern. Die nicht initialisierten Werte der vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen können die Werte der vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen sein, die basierend auf der gewünschten Motordrehzahl und der aktuellen Motordrehzahl bestimmt werden. Das Drehmoment-Initialisierungsmodul 376 kann die vorhergesagte Drehmomentanforderung, die von dem Geschwindigkeitssteuermodul 210 ausgegeben wird, auf die gleiche Art und Weise initialisieren, auf die das Drehmoment-Initialisierungsmodul 376 die Basis-Luftdrehmomentenanforderung 304 initialisiert. Das Drehmoment-Initialisierung Modul 376 kann die unmittelbare Drehmomentanforderung, die von dem Geschwindigkeitssteuermodul 210 ausgegeben wird, initialisieren durch Setzen der unmittelbaren Drehmomentanforderung gleich einem aktuellen Drehmoment. Das Drehmoment-Initialisierungsmodul 376 kann die aktuelle Drehmomentabgabe bestimmen basierend auf einem angewiesenem Zündzeitpunkt und einer aktuellen APC unter Verwendung einer Inversen der Beziehung, die verwendet wird, um den Sollzündzeitpunkt 286 basierend auf der Zündfunken-Drehmomentanforderung 283 zu bestimmen.
Unter Bezugnahme auf 4 umfasst eine exemplarische Anwendung des Sollbereichsmoduls 372 ein Soll-MAP-Modul 404. Das Soll-MAP-Modul 404 wählt eines von dem ersten Solldruckverhältnis 308 über das Drosselklappenventil 112 und dem zweiten Solldruckverhältnis 320 über das Drosselklappenventil 112, und bestimmt ein Soll-MAP 408 basierend auf dem ausgewählten Solldruckverhältnis. Das Soll-MAP-Modul 404 bestimmt das Soll-MAP 408 unter Verwendung einer Funktion oder einer Abbildung, die das ausgewählte Solldruckverhältnis und die TIAP 312 auf das Soll-MAP 408 bezieht. Zum Beispiel kann das Soll-MAP-Modul 404 die Soll-MAP 408 bestimmen basierend auf oder unter Verwendung der Gleichung: $S o l l - M A P = T P R * T I A P .$
wobei Soll-MAP die Soll-MAP 408 ist. TPR das ausgewählte Solldruckverhältnis über das Drosselklappenventil 112 ist und TIAP die TIAP 312 ist. In Anwendungen, in denen das ausgewählte Solldruckverhältnis als Prozentsatz ausgedrückt wird, kann das Ergebnis der obigen Gleichung durch 100 geteilt werden.
Das Soll-MAP-Modul 404 kann das erste Solldruckverhältnis 308 wählen, wenn der Motor 102 sich dreht. Das Soll-MAP-Modul 404 kann bestimmen, dass der Motor 102 sich dreht, wenn die Motordrehzahl größer als Null und kleiner als oder gleich der vorbestimmten Drehzahl ist. Für die erste Periode, nachdem der Motor 102 gestartet wird, kann das Soll-MAP-Modul 404 eine von dem ersten Solldruckverhältnis 308 oder dem zweiten Solldruckverhältnis 320 wählen, je nachdem welches einen größeren Wert aufweist.
Ein Soll-APC-Modul 416 bestimmt eine Soll-Luftmasse pro Zylinder (APC) 420 basierend auf dem Soll-MAP 408, dem Soll-Ansaugnockenphasen-Winkel 269, und dem Soll-Abgasnockenphasen-Winkel 270. Zum Beispiel bestimmt das Soll-APC-Modul 416 die Soll-APC 420 unter Verwendung einer Funktion oder einer Abbildung, die Soll-MAPs, Soll-Ansaugnockenphasen-Winkel und Soll-Abgasnockenphasen-Winkel auf Soll-APCs bezieht.
Ein Soll-MAF-Modul 424 bestimmt einen Soll-Luftmassendurchfluss (MAF) 428 in den Motor 102 basierend auf dem Soll-APC 420, einer Motordrehzahl 432 und einer Anzahl der aktivierten Zylinder 436 des Motors 102. Die Anzahl der aktivierten Zylinder 436 entspricht der Anzahl der Zylinder des Motors 102, die aktiviert sind. Die Motordrehzahl 432 kann basierend auf der Kurbelwellen-Position, die unter Verwendung des CKP-Sensors 180 gemessen wird, bestimmt werden. Das Soll-MAF-Modul 424 bestimmt den Soll-MAF 428 unter Verwendung einer Funktion oder einer Abbildung, die die Soll-APCs, Motordrehzahlen, und die Anzahl der aktivierten Zylinder auf Soll-MAFs bezieht. Zum Beispiel kann das Soll-MAF-Modul 424 die Soll-MAF 428 bestimmen basierend auf oder unter Verwendung der Gleichung: $S o l l - M A F = \frac{T A P C * C y l s * R P M}{120000},$
wobei Soll-MAF das Soll-MAF 428 ist, TAPC das Soll-APC 420 ist, Cyls die Anzahl der aktivierten Zylinder 436 ist und RPM die Motordrehzahl 432 in Umdrehungen pro Minute ist. Der Wert 120000 ist ein Beispielwert und kann für unterschiedliche Motoren unterschiedlich sein. Feuerdauer oder die Zeit zwischen den Feuerereignissen der Zylinder kann 120000/(cyls * RPM) sein. Das Soll-MAF 428 (z. B. in g/s) kann basierend auf der Soll-APC 420 geteilt durch die Feuerdauer bestimmt werden, was die obige Gleichung liefert.
Ein Sollbereichsmodul 440 bestimmt die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 für das Drosselklappenventil 112 basierend auf dem Soll-MAF 428. Das Sollbereichsmodul 440 bestimmt die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267, das ferner auf dem zweiten Solldruckverhältnis 320 über das Drosselklappenventil 112 und dem TIAP 312 basiert. Das Sollbereichsmodul 440 bestimmt die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 unter Verwendung einer Funktion oder einer Abbildung, die Soll-MAFs, Solldruckverhältnisse und TIAPs auf Soll-Drosselklappen-Öffnungen bezieht. Zum Beispiel kann das Sollbereichsmodul 440 die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 bestimmen unter Verwendung der Gleichung: $T T O = \frac{T M A F * \sqrt{R * T I A T}}{TIAP * Φ (TPR)}$
wobei TTO die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 ist, TIAT eine Drosselklappen-Ansauglufttemperatur (TIAT) ist, TMAF das Soll-MAF 428 ist, R die ideale Gaskonstante ist, TIAP das TIAP 312 ist, TPR das zweite Solldruckverhältnis 320 ist und Φ stellt eine Luftdichte-Funktion dar. Die TIAT kann unter Verwendung eines Sensors gemessen oder basierend auf einem oder mehreren anderen Parametern bestimmt werden, beispielsweise unter Verwendung einer Funktion oder einer Abbildung.
Wie oben angegeben, steuert das Drosselklappen-Aktuatormodul 116 das Drosselklappenventil 112 basierend auf der Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267. Durch die Bestimmung des zweiten Solldruckverhältnisses 320 basierend auf der Basis-Luftmomentanforderung 304 und die Bestimmung der Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 basierend auf dem zweiten Solldruckverhältnis 320, kann das MPC-Modul 314 bessere Drehmoment-Antworteigenschaften bereitstellen (beispielsweise schneller und mit geringerer Über- und/oder Unterschreitung) als Anwendungen, bei denen das MPC-Modul 314 die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 direkt basierend auf der Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 bestimmt.
Unter Bezugnahme auf 5 startet ein exemplarisches Verfahren, das das Drosselklappenventil 112, die Ansaugnocken-Phasenlage 148, die Abgasnocken-Phasenlage 150, das Ladedruckregelventil 162 (und somit den Turbolader) und das EGR-Ventil 170 unter Verwendung von MPC (modellprädiktive Steuerung) steuert, bei 502. Bei 504, bestimmt das Drehmomentanforderungs-Modul 224 die Luftdrehmomentanforderung 265 basierend auf den eingestellten vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen 263 und 264. Bei 508 kann das Drehmoment-Umwandlungsmodul 302 die Luftdrehmomentanforderung 265 in die Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 oder in eine andere geeignete Art von Drehmoment zur Verwendung durch das MPC-Modul 314 umwandeln.
Das Sequenzbestimmungsmodul 316 bestimmt mögliche Sequenzen der Sollwerte 266, 268-270 und 320 bei 512. Bei 516, bestimmt das Vorhersagemodul 323 die vorhergesagten Parameter für jede der möglichen Sequenzen von Sollwerten. Das Vorhersagemodul 323 bestimmt die vorhergesagten Parametern für die möglichen Sequenzen basierend auf dem Modell 324 des Motors 102, den exogenen Eingängen 328 und den Rückkopplungseingängen 330. Genauer gesagt kann, auf der Grundlage einer möglichen Sequenz der Sollwerte, der exogenen Eingänge 328, und der Rückkopplungseingänge 330, unter Verwendung des Modells 324, das Vorhersagemodul 323 eine Sequenz von N vorhergesagten Drehmomenten des Motors 102 für die N Regelkreise, eine Sequenz von N vorhergesagten APCs für die N Regelkreise, eine Sequenz von N vorhergesagten Mengen von externer Verdünnung für die N Regelkreise, eine Sequenz von N vorhergesagten Mengen an restlicher Verdünnung für die Regelkreise N, eine Sequenz von N vorhergesagten Verbrennungsphasenwerte für die N Regelkreise und eine Sequenz von N vorhergesagten Verbrennungsqualitätswerten für die N Regelkreise erzeugen.
Das Kostenmodul 332 bestimmt die Kosten jeweils für die möglichen Sequenzen, bei 520. Nur als Beispiel kann das Kostenmodul 332 die Kosten für eine mögliche Sequenz der Sollwerte 266, 268-270 und 320 bestimmen, unter Verwendung der folgenden Gleichung: $K o s t e n = \sum_{i = 1}^{N} ρ ε^{2} + {‖ w T * (T P_{i} - B A T R_{i}) ‖}^{2},$
oder die Gleichung: $\begin{array}{l} K o s t e n = \sum_{i = 1}^{N} ρ ε^{2} + {‖ w T * (T P_{i} - B A T R_{i)}) ‖}^{2} + ‖ w P R * (P T P R i - \\ {P R R e f) ‖}^{2} + {‖ w W G * (P T W G O i - E G O R e f) ‖}^{2} + ‖ w E G R * (P T E G R O i - \\ {E G R O R e f ‖}^{2} + {‖ w I P * (P T I C P i - I C P R e f) ‖}^{2} + {‖ w E P * (P T E C P i - E C P R e f) ‖}^{2} . \end{array}$
gemäß der Soll-Einschränkungen 348 und der Vorhersage-Einschränkungen 352, wie oben erläutert.
Das Auswahlmodul 344 wählt eine der möglichen Sequenzen der Sollwerte 266, 268-270 und 320 jeweils basierend auf den Kosten der möglichen Sequenzen, bei 524. Zum Beispiel kann das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten wählen. Statt oder zusätzlich zur Bestimmung möglicher Sequenzen von den möglichen Sollwerten bei 524 und der Bestimmung der Kosten für jede der Sequenzen, kann das MPC-Modul 314 eine Sequenz von möglichen Sollwerten mit den geringsten Kosten unter Verwendung von konvexen Optimierungstechniken identifizieren, wie oben erläutert.
Das MPC Modul 314 kann bestimmen, ob die ausgewählte der möglichen Sequenzen, die Soll-Einschränkungen 348 erfüllt, bei 528. Wenn 528 wahr ist, kann die Steuerung mit 536 fortfahren. Wenn 528 falsch ist, kann das MPC-Modul 314 eine andere der möglichen Sequenzen mit den nächst niedrigeren Kosten wählen, bei 532, und die Steuerung kann zu 528 zurückkehren. Auf diese Weise wird die Sequenz mit den niedrigsten Kosten, die die Soll-Einschränkungen 348 erfüllt, verwendet werden.
Bei 536 bestimmt das Soll-MAP-Modul 404 die Soll-MAP 408 basierend auf dem zweiten Solldruckverhältnis 320 über das Drosselklappenventil 112 und das TIAP 312. Das Soll-APC-Modul 416 bestimmt die Soll-APC 420 basierend auf dem Soll-MAP 408, dem Soll-Ansaugnockenphasen-Winkel 269, und dem Soll-Abgasnockenphasen-Winkel 270, bei 540.
Das Soll-MAF-Modul 424 bestimmt den Soll-MAF 428 bei 544, basierend auf dem Soll-APC 420, der Motordrehzahl 432 und der Anzahl der aktivierten Zylinder 436. Bei 548, bestimmt das Sollbereichsmodul 440 die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 basierend auf dem Soll-MAF 428, dem zweiten Solldruckverhältnis 320 und dem TIAP 312.
Bei 552, wandelt das erste Umwandlungsmodul 272 die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 in den Soll-Arbeitszyklus 274 um, der auf das Ladedruckregelventil 162 angewendet werden soll, das zweite Umwandlungsmodul 276 wandelt die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 in den Soll-Arbeitszyklus 278 um, der auf das Drosselklappenventil 112 angewendet werden soll. Das dritte Umwandlungsmodul 280 wandelt auch die Soll-EGR-Öffnungsfläche 268 in den Soll-Arbeitszyklus 282 um, der auf das EGR-Ventil 170 angewendet werden soll, bei 540. Das vierte Umwandlungsmodul kann auch die Soll-Ansaug- und -Abgasnockenphasen-Winkel 269 und 270 in die Soll-Ansaug- und -Abgas-Arbeitskreisläufe umwandeln, die auf die Ansaug- und -Abgasnocken-Phasenlage 148 bzw. 150 angewendet werden sollen.
Bei 556 steuert das Drosselklappen-Aktuatormodul 116 das Drosselklappenventil 112, um die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 zu erreichen, und das Phasenlage-Aktuatormodul 158 steuert die Ansaug- und AbgasNockenwellen-Phasenlage 148 und 150, um die Soll-Ansaug- und AbgasNockenphasen-Winkel 269 bzw. 270 zu erreichen. Beispielsweise kann das Drosselklappe-Aktuatormodul 116 ein Signal auf das Drosselklappenventil 112 im Soll-Arbeitszyklus 278 anwenden, um die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 zu erreichen.
Auch bei 556 steuert das EGR-Aktuatormodul 172 das EGR-Ventil 170, um die Soll-EGR-Öffnungsfläche 268 zu erreichen, und das Boost-Aktuatormodul 164 steuert das Ladedruckregelventil 162, um die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 zu erreichen. Zum Beispiel kann das EGR -Aktuatormodul 172 ein Signal auf das EGR-Ventil 170 im Soll-Arbeitszyklus 282 anwenden, um die Soll-EGR-Öffnungsfläche 268 zu erreichen, und das Boost-Aktuatormodul 164 kann ein Signal auf das Ladedruckregelventil 162 im Soll-Arbeitszyklus 274 anwenden, um die Soll-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 zu erreichen. Während das Verfahren in 5 als endend bei 560 gezeigt wird, kann 5 veranschaulichend für einen Regelkreis sein und Regelkreise können mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit ausgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf 6 beginnt ein exemplarisches Verfahren zur Steuerung von Aktuatoren des Motors 102, um den Ansaugluftstrom während eines Motorstarts einzustellen, bei 602. Bei 604 bestimmt das Sollbereichsmodul 372, ob der Motor 102 sich dreht. Das Sollbereichsmodul 372 kann bestimmen, dass der Motor 102 sich dreht, wenn ein Starter des Motors 102 in Eingriff ist und die Motordrehzahl größer als Null und kleiner als oder gleich einer vorbestimmten Drehzahl ist (z. B. eine Drehzahl zwischen 400 Umdrehungen und 500 Umdrehungen). Wenn der Motor 102 sich dreht, fährt das Verfahren bei 606 fort. Andernfalls fährt das Sollbereichsmodul 372 fort, zu bestimmen, ob der Motor 102 sich dreht.
Bei 606 bestimmt das Solldruckverhältnis-Modul 306 das erste Solldruckverhältnis 308 über das Drosselklappenventil 112 basierend auf dem ersten Soll-MAP 310 und dem TIAP 312, wie oben erläutert mit Bezug auf 3. Bei 608 betätigt das Drosselklappenaktuator-Modul 116 das Drosselklappenventil 112 basierend auf dem ersten Solldruckverhältnis 308. Zum Beispiel kann das Sollbereichsmodul 372 die Solldrosselklappen-Öffnungsfläche 267 basierend auf dem ersten Solldruckverhältnis 308 bestimmen und das Drosselklappenaktuator-Modul 116 kann das Drosselklappenventil 112 basierend auf der Solldrosselklappen-Öffnungsfläche 267 betätigen.
Bei 610 bestimmt das Sollbereichsmodul 372, ob der Motor 102 sich dreht. Das Sollbereichsmodul 372 kann bestimmen, dass der Motor 102 angelassen wird, wenn die Motordrehzahl größer ist als die vorgegebene Drehzahl. Wenn der Motor 102 angelassen wird, wird das Verfahren bei 612 fortgesetzt. Andernfalls wird das Verfahren bei 606 fortgesetzt.
Bei 612 bestimmt das MPC-Modul 314 das zweite Solldruckverhältnis 320 über das Drosselklappenventil 112 unter Verwendung von MPC (modellprädiktive Steuerung). Beispielsweise kann das MPC-Modul 314 Sets von möglichen Werten des zweiten Solldruckverhältnisses 320 und die Sollwerte 266 und 268-270 basierend auf der Basis-Luftmomentanforderung 304 identifizieren. Das MPC-Modul 314 kann dann Betriebsparameter des Motors 102, wie beispielsweise die Drehmomentabgabe des Motors 102, als Reaktion auf jedes Set von möglichen Sollwerten vorhersagen und Kostenwerte für die vorhergesagten Betriebsparameter bestimmen. Das MPC-Modul 314 kann dann das Set der möglichen Sollwerte wählen, das die niedrigsten Kosten aufweist, während es die Soll-Einschränkungen 348 und die Vorhersage-Einschränkungen 352 erfüllt, und das zweite Solldruckverhältnis 320 gleich dem möglichen Wert des zweiten Solldruckverhältnis 320 in dem ausgewählten Set setzen.
Bei 614 bestimmt das Sollbereichsmodul 372 die Dauer einer ersten Periode basierend auf der Motoröltemperatur und/oder dem Luftdruck. Zum Beispiel kann das Sollbereichsmodul 372 die Dauer der ersten Periode erhöhen, wenn der Luftdruck abnimmt und umgekehrt. Der Luftdruck kann unter Verwendung des MAP-Sensors 184 und/oder des TIAP Sensors 191 gemessen werden, bevor der Motor 102 beginnt sich zu drehen.
Bei 616, bestimmt das Sollbereichsmodul 372, ob die Periode seit der Motor 102 gestartet wurde kleiner ist als die erste Periode. Wenn die Periode, seit der Motor 102 gestartet wurde, kleiner ist als die erste Periode, fährt das Verfahren bei 618 fort. Andernfalls wird das Verfahren bei 620 fortgesetzt.
Bei 618 betätigt das Drosselklappen-Aktuatormodul 116 das Drosselklappenventil 112 basierend auf einem Maximalwert des ersten und zweiten Solldruckverhältnisses 308 und 320. Zum Beispiel kann das Sollbereichsmodul 372 die Solldrosselklappen-Öffnungsfläche 267 basierend auf dem Maximalwert des ersten und zweiten Solldruckverhältnisses 308 und 320 bestimmen und das Drosselklappenaktuator-Modul 116 kann das Drosselklappenventil 112 basierend auf der Solldrosselklappen-Öffnungsfläche 267 betätigen.
Bei 620, bestimmt das Referenzmodul 368 das Referenzdrehmoment 376 basierend auf dem ersten Solldruckverhältnis 308. Bei 622 initialisiert das Drehmoment-Initialisierungsmodul 374 die Basis-Luftmomentanforderung 304 basierend auf dem Referenzdrehmoment 376. Zum Beispiel kann das Drehmoment-Initialisierungsmodul 374 die Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 durch Setzen der Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 gleich dem Referenzmoment 376 initialisieren. Das Drehmoment-Initialisierungsmodul 374 kann dann die initialisierte Basis-Luftdrehmomentanforderung auf eine vorbestimmten Rate einstellen, um eine Differenz zwischen der initialisierten Basis-Luftdrehmomentanforderung und einem nicht initialisierten Wert der Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 nach und nach zu verringern. Das Verfahren endet bei 624.
Die Verfahren der 5 und 6 können unabhängig oder in Verbindung miteinander umgesetzt werden. In einem Beispiel des letzteren, kann das Verfahren der 6 verwendet werden, um die Soll-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 zu bestimmen bei 548 von 5. Die Verfahren der 5 und 6 werden im Rahmen der Module der 2 bis 4 beschrieben. Die spezifischen Module, die die Schritte des Verfahrens ausführen, können sich jedoch von den oben genannten Modulen unterscheiden und/oder die Verfahren können auch unabhängig von den Modulen aus 2 bis 4 implementiert werden.
Unter Bezugnahme auf 7, werden ein Motorsteuermodussignal 702, ein Motordrehzahlsignal 704, ein Kraftstofffreigabesignal 706, ein tatsächliches MAP-Signal 708 und ein Soll-MAP-Signal 710 in Bezug auf eine x-Achse 712 und eine y-Achse 714 aufgetragen. Die x-Achse repräsentiert die Zeit. Die y-Achse stellt die Größen der Signale 702-710 dar.
Das Motorsteuermodussignal 702 wird eingestellt, um das Luftsteuerungsmodul 228 zwischen einem Kurbelmodus und einem Laufmodus zu schalten. Im Kurbelmodus 228 steuert das Luftsteuerungsmodul die Luftstrom-Aktuatoren des Motors 102 basierend auf dem ersten Soll-MAP 310 und unabhängig von der Basis-Luftdrehmomentanforderung 304. Im Laufmodus, steuert das Luftsteuermodul 228 die Luftstrom-Aktuatoren des Motors 102 basierend auf der Basis-Luftdrehmomentanforderung 304 und unabhängig von dem ersten Soll-MAP 310.
Das Kraftstofffreigabesignal 706 wird eingestellt, um das Kraftstoffsteuermodul 240 zwischen einem deaktivierten Modus und einem aktivierten Modus zu schalten. Im deaktivierten Modus stellt das Kraftstoffsteuermodul 240 den Zylindem des Motors 102 keinen Kraftstoff bereit. Im aktivierten Modus stellt das Kraftstoffsteuermodul 240 den Zylindern des Motors 102 Kraftstoff bereit.
Das Motordrehzahlsignal 704 stellt die Motordrehzahl, die basierend auf der Kurbelwellenposition, die unter Verwendung des Kurbelwellen-Positionssensors 180 gemessen wird, bestimmt wird, dar. Das tatsächliche MAP-Signal 708 stellt den Ansaugkrümmerdruck, der unter Verwendung des MAP-Sensors 184 gemessen wird, dar. Das Soll MAP-Signal 710 stellt das erste Soll-MAP 310, das durch das Soll-MAP-Modul 313 erzeugt wird, dar.
In der Periode vor 716, wird der Motor 102 gestoppt. Somit ist das Motordrehzahlsignal 704 bei 0 Umdrehungen und das tatsächliche MAP-Signal 708 ist bei Luftdruck. Darüber hinaus wird das Motorsteuermodussignal 702 auf einen Wert eingestellt, der dem Kurbelmodus entspricht, und das Soll-MAP-Signal 710 wird auf etwa 40 Kilopascal eingestellt.
Bei 716, beginnt der Motor 102 sich zu drehen. Somit steigt zwischen 716 und 718 die Motordrehzahlsignal 704 auf etwa 150 Umdrehungen. Zusätzlich wird bei 718 das Kraftstofffreigabesignal 706 auf einen Wert eingestellt, der dem aktivierten Modus entspricht.
Bei 720 beginnt den Zylindern des Motors 102 bereitgestellter Kraftstoff zu verbrennen. Somit steigt das Motordrehzahlsignal 704 schnell an, und das tatsächliche MAP-Signal 708 beginnt zu sinken. Bei 722 liegt das Motordrehzahlsignal 704 zwischen 400 Umdrehungen und 500 Umdrehungen und das Sollbereichsmodul 372 bestimmt, dass der Motor 102 gestartet wird.
Bei 724 erreicht das Motordrehzahlsignal 704 einen Spitzenwert von 1600 Umdrehungen und beginnt abzunehmen. Die Periode zwischen 722 und 726 entspricht der ersten Periode, die oben anhand der 3, 4 und 6 erläutert wird. Somit endet bei 726 die erste Periode, das Motorsteuermodussignal 702 wird auf einen Wert eingestellt, der dem Laufmodus entspricht, und das Soll-MAP-Modul 313 stoppt die Erzeugung des Soll-MAP-Signals 710. Wie oben angegeben, kann das Sollbereich-Modul 372 die erste Periode basierend auf der Motoröltemperatur und dem tatsächlichen MAP bestimmen, sodass die erste Periode erst endet, nachdem das Motordrehzahlsignal 704 seinen Spitzenwert erreicht und abzunehmen beginnt. Bei 728 hört das tatsächliche MAP-Signal 708 auf, abzunehmen und bleibt auf einem stationären Wert. Bei 730 erreicht das Motordrehzahlsignal 704 eine Leerlaufdrehzahl von 800 Umdrehungen.
Der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Controller“ kann durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. Der Begriff „Modul“ kann sich beziehen auf, ein Teil sein von oder umfassen: 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 eine oder mehrere Schnittstellen-Schaltungen enthalten. In einigen Beispielen können die Schnittstellen-Schaltungen drahtgebundene oder drahtlose Schnittstellen, die mit einem lokalen Netzwerk (LAN), dem Internet, einem Wide Area Network (WAN) oder deren Kombinationen verbunden sind, enthalten. Die Funktionalität von jedem bestimmten Modul der derzeitigen Erfindung kann auf mehrere Module verteilt sein, die über Schnittstellen-Schaltungen verbunden sind. Beispielsweise erlauben viele Module einen Lastausgleich. In einem weiteren Beispiel kann ein Servermodul (Server auch bekannt als Remote oder Cloud) einige Funktionen im Namen eines Client-Moduls ausführen.
Der Begriff Code, wie oben verwendet, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode umfassen, und sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff „gemeinsam genutzter Prozessor“ umfasst einen einzelnen Prozessor, der den Code ganz oder teilweise aus mehreren Modulen ausführt. Der Begriff „Gruppenprozessor“ umfasst einen Prozessor, der in Kombination mit zusätzlichen Prozessoren, einen Teil des Codes oder den gesamten Code aus einem oder mehreren Modulen ausführt. Verweise auf mehrere Prozessor-Schaltungen umfassen mehrere Prozessor-Schaltungen auf getrennten Matrizen, mehrere Prozessor-Schaltungen auf einzelnen Matrizen, mehrere Kerne einer Einzelprozessor-Schaltung, mehrere Threads einer Einzelprozessor-Schaltung oder eine Kombination der oben genannten. Der Begriff „gemeinsam genutzter Speicher“ umfasst einen einzelnen Speicher, der den Code ganz oder teilweise aus mehreren Modulen speichert. Der Begriff „Gruppenspeicher“ umfasst eine Speicher-Schaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Speichern den Code ganz oder teilweise aus einem oder mehreren Modulen speichert.
Der Begriff „Speicher“ kann eine Teilmenge des Begriffs „computerlesbares Medium“ sein. Der Begriff „computerlesbares Medium“, wie hierin verwendet, umfasst nicht transitorische elektrische und elektromagnetische Signale, die sich durch ein Medium ausbreiten (wie auf einer Trägerwelle), und kann somit als konkret und nicht-transitorisch betrachtet werden. Nicht einschränkende Beispiele eines nicht vorübergehenden, konkreten computerlesbaren Datenträgers sind nichtflüchtige Speicher-Schaltungen (z. B. eine Flashspeicher-Schaltung, eine löschbare programmierbare Lesespeicher-Schaltung oder eine Mask-Lesespeicher-Schaltung), flüchtige Speicher-Schaltungen (z. B. eine statische RAM-Schaltung oder eine dynamische RAM-Schaltung), magnetische Speichermedien (z. B. ein analoges oder digitales Magnetband oder eine Festplatte) und optische Speichermedien (z. B. eine CD, DVD oder Blu-Ray Disc).
Die Vorrichtungen und Verfahren, die in dieser Anwendung beschreiben werden, können ganz oder teilweise durch einen speziell dafür vorgesehenen Computer umgesetzt werden, indem ein Allzweck-Computer entsprechend konfiguriert wird, um eine oder mehrere spezielle Funktionen aus Computerprogrammen auszuführen. Die oben beschriebenen Funktionsblöcke, Flussdiagramm-Komponenten und anderen Elemente dienen als Softwarespezifikationen, die durch die Routinearbeit eines qualifizierten Technikers oder Programmierers in Computerprogramme umgesetzt werden können.
Die Computerprogramme beinhalten prozessorausführbare Anweisungen, die auf mindestens einem nicht-transitorischen, konkreten, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten beinhalten und/oder auf diesen basieren. Die Computerprogramme können ein Eingabe-/Abgabesystem (BIOS) umfassen, das mit der Hardware des Spezialcomputers interagiert, Gerätetreiber, die mit bestimmten Geräten des Computers interagieren oder ein oder mehrere Betriebssysteme, Benutzeranwendungen, Hintergrunddienste, im Hintergrund laufende Applikationen usw.
Die Computerprogramme können beinhalten: (i) Beschreibungstext, der geparsed 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-in-time-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, bei dem eine Soll-Öffnungsfläche eines Drosselklappenventils eines Motors basierend auf einem ersten Solldruckverhältnis über das Drosselklappenventil bestimmt wird, wenn der Motor gestartet wird, wobei das erste Solldruckverhältnis über das Drosselklappenventil basierend auf einem ersten Solldruck im Ansaugkrümmer des Motors und einem Drosselklappen-Ansaugluftdruck bestimmt wird; und bei dem nach dem Starten des Motors die Soll-Öffnungsfläche des Drosselklappenventils basierend auf dem ersten Solldruckverhältnis für eine erste Periode selektiv bestimmt wird, wozu: eine Drehmomentanforderung für den Motor basierend auf mindestens einer Fahrereingabe oder einer Sollmotordrehzahl erzeugt wird; Sets möglicher Sollwerte basierend auf der Drehmomentanforderung identifiziert werden, wobei jedes der Sets von möglichen Sollwerten ein Solldruckverhältnis über das Drosselklappenventil umfasst; Betriebsparameter des Motors für die Sets von möglichen Sollwerten vorhergesagt werden; Kostenwerte für die vorhergesagten Betriebsparameter bestimmt werden; eines der Sets von möglichen Sollwerten basierend auf den Kostenwerten ausgewählt wird; Sollwerte für die möglichen Sollwerte des ausgewählten Sets gesetzt werden, wobei die Sollwerte ein zweites Solldruckverhältnis über das Drosselklappenventil umfassen; und Bestimmen der Soll-Öffnungsfläche des Drosselklappenventils während der ersten Periode nachdem der Motor gestartet ist basierend auf dem ersten Solldruckverhältnis oder dem zweiten Solldruckverhältnis, je nachdem welches den größeren Wert aufweist; und Betätigen des Drosselklappenventils basierend auf der Soll-Öffnungsfläche.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der erste Solldruck vorbestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bestimmen der ersten Periode basierend auf einer Motoröltemperatur und einem Druck, der in dem Ansaugkrümmer des Motors gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen eines Referenzdrehmoments basierend auf dem ersten Solldruckverhältnis; und Initialisieren der Drehmomentanforderung, wenn die erste Periode endet, durch Setzen der Drehmomentanforderung gleich dem Referenzdrehmoment.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend, nachdem die erste Periode endet, Einstellen der Drehmomentanforderung bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit, um einen Unterschied zwischen der initialisierten Drehmomentanforderung und einem nicht initialisierten Wert der Drehmomentanforderung zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend, die Vorhersage der Drehmomentabgabe des Motors vorherzusagen weiter basierend auf mindestens einem der möglichen Sollwerte des ausgewählten Sets.