DE102016214858B4 - Method for predictive control - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur prädiktiven Steuerung und/oder Regelung eines Antriebes in einem Kraftfahrzeug mit Motorsteuerung, wobei die Steuerung und/oder Regelung abhängig von einem gewünschten Betriebsziel erfolgt, wobei optimale Stellgrößen für dynamische Situationen auf der Reglerseite bestimmt werden, wobei die Bestimmung der optimalen Stellgrößen zumindest teilweise auf dem zeitlichen Ist-Wert-Verlauf zumindest einer Regelgröße basiert, wobei der zeitliche Verlauf der Regelgröße Prädiktionen umfasst, wobei die Prädiktionen aus unterschiedlichen Szenarien modelliert werden dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Szenario die zeitliche Entwicklung der Regelgröße unter den aktuellen Randbedingungen, ein zweites Szenario die zeitliche Entwicklung der Regelgröße bei minimalem Eingriff der Stellgröße und ein drittes Szenario die zeitliche Entwicklung der Regelgröße bei maximalem Eingriff der Stellgröße beinhaltet, wobei die einzelnen Regelgrößen unterschiedlich gewichtet werden.Method for the predictive control and / or regulation of a drive in a motor vehicle with motor control, wherein the control and / or regulation is dependent on a desired operating target, with optimal control variables for dynamic situations on the controller side are determined, wherein the determination of the optimal control variables at least partially is based on the temporal actual value course of at least one controlled variable, the temporal course of the controlled variable comprises predictions, wherein the predictions are modeled from different scenarios, characterized in that a first scenario, the temporal evolution of the controlled variable under the current boundary conditions, a second scenario the temporal evolution of the controlled variable with minimal intervention of the manipulated variable and a third scenario the temporal evolution of the controlled variable with maximum intervention of the manipulated variable, wherein the individual control variables are weighted differently w earth.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur prädiktiven Steuerung und/oder Regelung eines Antriebes in einem Kraftfahrzeug mit einer Motorsteuerung.The invention relates to a method for predictive control and / or regulation of a drive in a motor vehicle with a motor control.
Für die Bestimmung von Betriebsgrößen in Fahrzeugsteuergeräten, die nicht oder nur sehr aufwändig (und damit zu teuer für eine Realisierung in Serienfahrzeugen) gemessen werden können, z.B. kritischer Größen des Verbrennungsprozesses in einem Motorsteuergerät wie Abgastemperatur, Füllungsstand, Rohemissionswerte, Wirkungsgrade, Verbrauch, etc., welche aber von der Motorsteuerung zur Ausführung seiner Steuerfunktionen benötigt werden, werden verschiedene Methoden verwendet.For the determination of operating variables in vehicle control devices, which can not be measured or only very expensive (and thus too expensive for a realization in production vehicles), e.g. Critical sizes of the combustion process in an engine control unit such as exhaust gas temperature, fuel level, raw emission levels, efficiencies, consumption, etc., but which are required by the engine control to perform its control functions, various methods are used.
Eine weit verbreitete Methode ist die der Kennlinien, welche einen eindimensionalen Zusammenhang darstellen können, oder die der Kennfelder, welche einen zwei- oder mehrdimensionalen Zusammenhang darstellen können. Diese Kennfelder lassen sich über Stützstellen definieren/speichern und die Vorhersage der Zielgröße für bestimmte Eingabewerte lässt sich aus den benachbarten Stützstellen interpolieren, z.B. linear oder durch Splines.A widely used method is that of the characteristic curves, which can represent a one-dimensional relationship, or those of the characteristic diagrams, which can represent a two- or multi-dimensional relationship. These maps can be defined / stored via nodes and the prediction of the target size for certain input values can be interpolated from the neighboring nodes, e.g. linear or by splines.
Andere Methoden gehen von in der Regel stark vereinfachten physikalischen Modellen aus, welche oft auch durch Kennfelder dargestellt werden. Im Automotive- Bereich werden sogenannte Bayes'sche Regressionen nicht „online“, das heißt während des regulären Betrieb des Fahrzeugs, sondern „offline“, also zum Beispiel in einer Kalibrierungsphase eines Motors, eingesetzt.Other methods are based on generally simplified physical models, which are often represented by maps. In the automotive sector, so-called Bayesian regressions are not used "online", ie during normal operation of the vehicle, but "offline", for example in a calibration phase of an engine.
Wenn Kennfelder zur Charakterisierung der Zusammenhänge verwendet werden, hat man oft einen hohen Applikationsaufwand oder eine geringe Prognosegenauigkeit bei mehrdimensionalen Zusammenhängen. Für eine effiziente Ansteuerung einer Brennkraftmaschine wird in Reglern auf den IST-Wert zurückgegriffen und auf Abweichungen zum Sollwert eine Führungsgröße oft in Abhängigkeiten von beeinflussenden Parametern geregelt. Bei der Erstellung eines zuverlässigen physikalischen Modells entsteht ein hoher Entwicklungsaufwand und nicht immer ist die Entwicklung eines nicht zu stark vereinfachten physikalischen Modells möglich, insbesondere bei den komplexen Abläufen des Verbrennungsprozesses, welche neben der Thermodynamik z.B. auch Chemie und Strömungsmechanik beinhalten müsste. Für die bekannten Verfahren gilt, dass sie keine Aussagen über die erwartete Genauigkeit machen. Insbesondere bei kritischen Zielgrößen kann dies jedoch wichtig sein, um eine zuverlässige Steuerung oder Regelungsstrategie zu gewährleisten.When maps are used to characterize the relationships, one often has a high application cost or a low forecasting accuracy in multi-dimensional contexts. For an efficient control of an internal combustion engine, the actual value is used in controllers and, in the event of deviations from the desired value, a reference variable is often regulated in dependence on influencing parameters. The development of a reliable physical model involves a high development effort and it is not always possible to develop a not too simplified physical model, especially in the complex processes of the combustion process, which, in addition to thermodynamics, e.g. should also include chemistry and fluid mechanics. For the known methods, they make no statements about the expected accuracy. However, this may be important, especially for critical targets, to ensure a reliable control or regulation strategy.
In der
Aus der
In der Veröffentlichung „Modellbasierte prädiktive Regelung“, eine Einführung für Ingenieure, von Rainer Dittmar und Bernd-Markus Pfeiffer, Oldenbourg Verlag, 2008, Seiten 38 bis 45, sind Grundprinzipien und Begriffe einer modellbasierten prädiktiven Regelung inklusive einer dynamischen Optimierung beschrieben.In the publication "Model-based Predictive Control", an introduction for engineers, by Rainer Dittmar and Bernd-Markus Pfeiffer, Oldenbourg Verlag, 2008, pages 38 to 45, basic principles and terms of a model-based predictive control including a dynamic optimization are described.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren sowie eine Motorsteuerung aufzuzeigen, die es ermöglichen, die Steuerung eines Antriebes zu vereinfachen, während sein dynamisches Verhalten verbessert wird.The present invention has for its object to provide a cost-effective method and a motor control, which make it possible to simplify the control of a drive, while its dynamic behavior is improved.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Verfahrens zur prädiktiven Steuerung und/oder Regelung eines Antriebes in einem Kraftfahrzeug sowie mittels einer Motorsteuerung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.The invention solves this problem by means of a method for predictive control and / or regulation of a drive in a motor vehicle and by means of a motor control with the features of the independent claims. Subclaims give preferred embodiments again.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur prädiktiven Steuerung und/oder Regelung eines Antriebes in einem Kraftfahrzeug mit einer Motorsteuerung angegeben, wobei die Steuerung und/oder Regelung abhängig von einem gewünschten Betriebsziel erfolgt. Dabei ist vorgesehen, dass optimale Stellgrößen für dynamische Situationen auf der Reglerseite bestimmt werden, wobei die Bestimmung der optimalen Stellgrößen zumindest teilweise auf dem zeitlichen Ist-Wert-Verlauf zumindest einer Regelgröße basiert, wobei der zeitliche Verlauf der Regelgröße Prädiktionen umfasst.According to a first aspect of the invention, a method for predictive control and / or regulation of a drive in a motor vehicle is specified with a motor control, wherein the control and / or regulation is dependent on a desired operating goal. It is provided that optimal manipulated variables for dynamic situations are determined on the controller side, wherein the determination of the optimal manipulated variables is based at least partially on the temporal actual value profile of at least one controlled variable, the temporal course of the controlled variable comprises predictions.
Erfindungsgemäß werden die Prädiktionen aus unterschiedlichen Szenarien modelliert, wobei ein erstes Szenario die zeitliche Entwicklung der Regelgröße unter den aktuellen Randbedingungen, ein zweites Szenario die zeitliche Entwicklung der Regelgröße bei minimalem Eingriff der Stellgröße und ein drittes Szenario die zeitliche Entwicklung der Regelgröße bei maximalem Eingriff der Stellgröße beinhaltet, wobei die einzelnen Regelgrößen unterschiedlich Gewichtet werden.According to the invention, the predictions are modeled from different scenarios, wherein a first scenario, the temporal evolution of the controlled variable under the current boundary conditions, a second scenario, the temporal evolution of the controlled variable with minimal intervention of the manipulated variable and a third scenario, the temporal evolution of the controlled variable at maximum intervention of the manipulated variable includes, whereby the individual control variables are weighted differently.
Das Betriebsziel eines Kraftfahrzeugs stellt dabei die logische und zeitliche Abfolge aller Betriebszustände eines Antriebs dar. Über die Motorsteuerung und/oder Regelung wird festgelegt, in welcher Weise der Antriebsmotor eingesetzt wird, um gewünschte Eigenschaften des Antriebs zu erreichen. Aufgrund der dynamischen Vorhersage und der dynamischen Limit Prädiktion ist es zum einen möglich für aggregierte Informationen und für komplexere Modelle aus den Vorhersagewerten einfacher Zusammenhänge ebenfalls dynamische Limits und Ist-Wert-Prädiktionen zu bestimmen und zum anderen können, im Falle von Abweichungen Maßnahmen eingeleitet werden, die es ermöglichen auf dynamische Anforderungen effizienter zu reagieren.The operating objective of a motor vehicle represents the logical and temporal sequence of all operating states of a drive. The motor control and / or regulation determines how the drive motor is used in order to achieve desired properties of the drive. Due to the dynamic prediction and the dynamic limit prediction, it is possible for aggregated information and for complex models from the predictive values of simple relationships also to determine dynamic limits and actual value predictions, and secondly, measures can be taken in the event of deviations. which make it possible to react more efficiently to dynamic requirements.
Vorteilhafterweise umfasst der zeitliche Verlauf der Regelgröße abgespeicherte Daten aus der Regelgrößenvergangenheit.Advantageously, the time profile of the controlled variable includes stored data from the controlled variable past.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform fließt der zeitliche Verlauf derart mit ein, dass für jede Prädiktion eine Anzahl x für die zu berücksichtigenden vergangenen Momente festgelegt wird. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Anzahl x experimentell bestimmt und als Kennlinie gespeichert wird.In a particularly preferred embodiment, the time profile flows in such a way that for each prediction a number x is set for the past moments to be considered. It is advantageous if the number x is determined experimentally and stored as a characteristic.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Betriebsziel ein gewünschter Mitteldruck und/oder eine gewünschte Energieeffizienz des Motors ist. Ferner werden als Stellgrößen zumindest eine der Größen Kraftstoffmenge, eine Art der Kraftstoffbereitstellung, ein Zündzeitpunkt, oder eine Luftmenge herangezogen.In a development of the invention, it is provided that the operating target is a desired medium pressure and / or a desired energy efficiency of the engine. Furthermore, at least one of the quantities of fuel quantity, a type of fuel supply, an ignition time, or an air quantity are used as manipulated variables.
Vorteilhafterweise erfolgt die Gewichtung auf Basis der Dynamik oder anderer Kriterien.Advantageously, the weighting is based on dynamics or other criteria.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Dementsprechend bildet auch ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungsmaschine, das mit einer Motorsteuerung ausgerüstet ist, einen weiteren Gegenstand der Erfindung, wobei die Motorsteuerung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist.The method according to the invention can be provided in a motor vehicle. Accordingly, a motor vehicle with an internal combustion engine, which is equipped with a motor control, forms a further subject of the invention, wherein the motor control is arranged to carry out the method described above.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches in der Figur dargestellt ist. Dabei ist zu beachten, dass die dargestellten Merkmale nur einen beschreibenden Charakter haben und auch in Kombination mit Merkmalen anderer oben beschriebener Weiterentwicklungen verwendet werden können.Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of the embodiment of the invention, which is shown in the figure. It should be noted that the features shown have only a descriptive character and can also be used in combination with features of other developments described above.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben. Die Zeichnungen sind schematisch und zeigen:
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1 einen beispielhaften Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens; -
2 ein Diagramm, das Ist-Wert Verläufe von Regelgrößen über einen Zeitraum t wiedergibt.
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1 an exemplary flowchart of a method according to the invention; -
2 a diagram that shows the actual value gradients of controlled variables over a period of time t.
Die
Durch die Kombination verschiedener Prädiktionswerte (z.B. eines minimalen Mitteldrucks mit einem möglichst effektiven Zündzeitpunkt oder eines minimalen Mitteldrucks mit einem möglichst späten Zündzeitpunkt) lassen sich auch in dynamischen Situationen optimale Stellgrößen dadurch bestimmen, dass zum Beispiel die einzelnen Regelgrößen unterschiedlich gewichtet werden und/oder die Gewichtung auf Basis der Dynamik oder anderer Kriterien erfolgt.The combination of different prediction values (eg a minimum mean pressure with the most effective ignition timing or a minimum medium pressure with the lowest possible ignition timing) enables optimal manipulated variables to be determined even in dynamic situations by, for example, weighting the individual control variables differently and / or the weighting based on dynamics or other criteria.
Claims (8)
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