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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, eine Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, und eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Steuereinrichtung.
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Brennkraftmaschinen einschließlich ihrer Abgasnachbehandlungskomponenten bestehen zunehmend aus komplizierten und aufwändigen Teilsystemen, die insbesondere nötig werden, um Verbrauchswerte zu senken und zunehmend strengere Emissionsgrenzen einzuhalten. Zu diesen Teilsystemen gehören beispielsweise ein variabler Ventiltrieb, Abgasnachbehandlungseinrichtungen, Abgasrückführungseinrichtungen und dergleichen. Um eine solche Brennkraftmaschine stets optimal betreiben zu können, sind intelligente Steuer- und Regelkonzepte notwendig, welche sich auf die Implementierung von Modellen des Maschinenverhaltens im Motorsteuergerät stützen. Weiterhin ist es nötig, Algorithmen zur Korrektur von Sensor- und Aktorfehlern vorzusehen, insbesondere auch, um eine Streuung im Verhalten von Brennkraftmaschinen innerhalb einer Flotte gering zu halten. Typischerweise sind Algorithmen zur modellbasierten Steuerung und Regelung einerseits und Algorithmen zur Schätzung und gegebenenfalls Korrektur von Sensor- und Aktorfehlern andererseits sehr verschieden ausgestaltet, sodass hierfür auch prinzipiell verschiedene Modelle für das Maschinenverhalten benötigt werden. Solche Modelle beanspruchen aber die Ressourcen einer Steuereinrichtung für die Brennkraftmaschine, insbesondere deren Rechenleistung und Speicherkapazität, stark. Dabei sind die Ressourcen eines mit Blick auf seine Kosten akzeptablen Steuergeräts begrenzt. Eine getrennte Implementierung verschiedener Modelle zu verschiedenen Zwecken führt daher entweder zu hohen Kosten oder zu einem verringerten Funktionsumfang, der auf einem gegebenen Steuergerät implementiert werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, eine Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Steuereinrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine geschaffen wird, welches folgende Schritte umfasst: Die Brennkraftmaschine wird gesteuert, worunter eine Steuerung im engeren Sinne oder eine Regelung zu verstehen ist, indem Stellbefehle anhand einer Sollvorgabe und eines erwarteten Maschinenverhaltens erzeugt werden. Das erwartete Maschinenverhalten wird dabei anhand eines nichtlinearen Modells der Brennkraftmaschine ermittelt. Ein solches nichtlineares Modell ermöglicht eine transparente Implementierung physikalischer Zusammenhänge, welche dem Verhalten der Brennkraftmaschine zugrunde liegen, sodass es - anders als übliche Kennfeld-Strukturen - die Betriebsweise der Brennkraftmaschine verständlich abbildet. Die Stellbefehle werden in Aktorsignale zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Aktoren umgesetzt. Insbesondere werden die Aktoren durch die ihnen zugeordneten Aktorsignale angesteuert. Es wird eine Mehrzahl von Sensorsignalen durch Sensoren an der Brennkraftmaschine in deren Betrieb erfasst. Aktorfehler der mit den Aktorsignalen angesteuerten Aktoren und Sensorfehler der die Sensorsignale erfassenden Sensoren werden anhand der Aktorsignale, der Sensorsignale und des erwarteten Maschinenverhaltens ermittelt. Dies bedeutet insbesondere, dass das erwartete Maschinenverhalten, welches aus dem nichtlinearen Modell resultiert, mit dem Verhalten der Brennkraftmaschine verglichen wird, auf welches die erzeugten Aktorsignale und die erfassten Sensorsignale schließen lassen. Hierdurch - und durch Berücksichtigung grundsätzlich bekannter, fertigungsbedingter Toleranzen der Aktoren und der Sensoren - können insbesondere bei Betrachtung einer Mehrzahl von Aktorsignalen und Sensorsignalen Aktorfehler und Sensorfehler ermittelt werden. Das Verfahren weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Insbesondere greifen einerseits die Steuerung der Brennkraftmaschine und andererseits die Ermittlung der Aktorfehler und Sensorfehler auf das gleiche, nichtlineare Modell der Brennkraftmaschine zurück, indem für beide Aufgaben das erwartete Maschinenverhalten herangezogen wird. Es ist daher nicht nötig, verschiedene Modelle hierfür zu implementieren, wobei die durch das nichtlineare Modell bereitgestellten Informationen mit wenig Aufwand zugleich für Steuerungs- und Regelungsalgorithmen einerseits und für Algorithmen zur Schätzung und gegebenenfalls auch Korrektur von Sensor- und Aktorfehlern andererseits benutzt werden können. Somit können mit überschaubarem Aufwand gleichzeitig leistungsfähige Steuerungs- und Regelungskonzepte zur Beherrschung komplexer Motorsysteme und Maßnahmen zur Reduktion von Flottenstreuungen, welche die Einhaltung enger Vorgaben bezüglich Emissionen und Kraftstoffverbrauch sowie kleine Sicherheitsmargen unterstützen, in einer Steuereinrichtung realisiert werden. Aufgrund des überschaubaren Aufwands lassen sich die Kosten für die benötigte Hardware der Steuereinrichtung gering halten.
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Unter einer Brennkraftmaschine wird hier und im Folgenden insbesondere ein gesamtes Motorsystem verstanden, welches den eigentlichen Motor sowie weitere Komponenten, beispielsweise Abgasnachbehandlungseinrichtungen oder dergleichen, umfasst. Im Rahmen des Verfahrens wird die Brennkraftmaschine insbesondere nicht auf einem Prüfstand, sondern vielmehr in einer Anwendung, insbesondere zum Antrieb einer weiteren Einrichtung, betrieben.
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Unter Stellbefehlen werden Befehle verstanden, mit welchen insbesondere innerhalb einer Steuereinrichtung physikalische Stellgrößen der Brennkraftmaschine wie beispielsweise Klappenpositionen, Einspritzzeitpunkte und dergleichen vorgegeben werden können. Die Stellbefehle können durch die Steuereinrichtung in Aktorsignale umgewandelt werden, durch welche entsprechende Aktoren, beispielsweise Aktoren zur Klappenpositionierung, Injektoren, mithin allgemein aktive Komponenten zur Steuerung des Verhaltens der Brennkraftmaschine und zur Umsetzung der physikalischen Stellgrößen, angesteuert werden können. Sensoren sind insbesondere Einrichtungen, die an der Brennkraftmaschine angeordnet sind, um physikalische Messgrößen der Brennkraftmaschine zu erfassen, beispielsweise Drücke, Temperaturen, Konzentrationen bestimmter Stoffe im Abgas, einen Kurbelwinkel, eine Drehzahl oder dergleichen.
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Unter einer Sollvorgabe wird insbesondere ein Sollwert oder eine Mehrzahl von Sollwerten für den Betrieb der Brennkraftmaschine verstanden, beispielsweise eine Soll-Abgastemperatur, ein Soll-Kraftstoffverbrauch, ein Soll-Drehmoment, eine Soll-Leistungsabgabe oder dergleichen. Das erwartete Maschinenverhalten beschreibt insbesondere, wie die Brennkraftmaschine auf die erzeugten Stellbefehle reagiert, insbesondere ist es möglich, dass das erwartete Maschinenverhalten die Abhängigkeit bestimmter Größen - vorzugsweise in einem mehrdimensionalen Parameterraum -, beispielsweise der Abgastemperatur, des Kraftstoffverbrauchs, der Leistung, des Drehmoments oder dergleichen, von mittels der Stellbefehle und der Aktorsignale beeinflussten Stellgrößen beschreibt.
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Zur Steuerung der Brennkraftmaschine wird bevorzugt insbesondere eine modellprädiktive Regelung verwendet. Dabei können insbesondere Optimierungsverfahren eingesetzt werden.
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Das nichtlineare Modell der Brennkraftmaschine beschreibt vorzugsweise deren gesamtes Verhalten einheitlich durch physikalische oder mathematische Zusammenhänge, wobei das eine nichtlineare Modell vorzugsweise die gesamte Brennkraftmaschine einschließlich weiterer Komponenten wie beispielsweise Abgasnachbehandlungseinrichtungen beschreibt. Das nichtlineare Modell ermöglicht bevorzugt eine Berechnung des Verhaltens der Brennkraftmaschine zur Laufzeit. Somit müssen keine großen Datenmengen in Form umfangreicher Kennfelder bereitgestellt werden, vielmehr können die relevanten Informationen zu jedem Zeitpunkt des Betriebs der Brennkraftmaschine in Echtzeit berechnet werden.
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Aktorfehler sind insbesondere Stellfehler der verwendeten Aktoren. Sensorfehler sind insbesondere Messfehler der verwendeten Sensoren. Dabei sind fertigungsbedingte Toleranzen der Aktoren und Sensoren grundsätzlich bekannt und können berücksichtigt werden.
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Die Aktorfehler und Sensorfehler werden bevorzugt insbesondere ermittelt, indem die Aktorsignale und die Sensorsignale ausgewertet werden, wobei aus den Aktorsignalen und den Sensorsignalen eine spezifische Kombination von momentan vorliegenden Signalwerten ermittelt wird. Insbesondere aus dieser spezifischen Kombination von Signalwerten kann auf das Verhalten der Brennkraftmaschine geschlossen werden, welches dann wiederum mit dem erwarteten Maschinenverhalten verglichen werden kann. Aus den sich aus diesem Vergleich ergebenden Abweichungen kann dann wiederum auf die Aktor- und Sensorfehler geschlossen werden.
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Die Stellbefehle stellen bei der Regelung insbesondere Stellgrößen dar, die zum Zwecke der Regelung verändert werden. Insbesondere werden die Stellbefehle vorzugsweise durch die Regelung optimiert.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stellbefehle oder die Aktorsignale anhand der ermittelten Aktorfehler und Sensorfehler korrigiert werden. Vorzugsweise werden die Stellbefehle korrigiert, bevor sie in Aktorsignale umgewandelt werden. Es ist aber auch möglich, nach der Umwandlung der Stellbefehle in Aktorsignale die Aktorsignale zu korrigieren. Zusätzlich werden bevorzugt die Sensorsignale anhand der ermittelten Aktorfehler und Sensorfehler korrigiert. Durch die Korrektur der Stellbefehle oder Aktorsignale und der Sensorsignale ist es möglich, eine genauere Einstellung der Aktoren und eine genauere Erfassung des Istzustands der Brennkraftmaschine zu erhalten. Diese kann dann mit engerer Toleranz in einem bestimmten Betriebspunkt betrieben werden, sodass der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen verringert, eine Flottenstreuung minimiert und Sicherheitsmargen reduziert werden können.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Diagnose der Brennkraftmaschine anhand der ermittelten Aktorfehler und Sensorfehler durchgeführt wird. Es ist grundsätzlich möglich, dass sowohl die Stellbefehle oder Aktorsignale und Sensorsignale korrigiert als auch eine Diagnose der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Es ist aber auch möglich, dass nur eine dieser Vorgehensweisen durchgeführt wird, sodass beispielsweise nur eine Diagnose anhand der ermittelten Aktor- und Sensorfehler erfolgt, jedoch keine Korrektur. Es ist aber auch möglich, dass nur eine Korrektur erfolgt, jedoch keine Diagnose.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die - vorzugsweise korrigierten - Sensorsignale zur Regelung der Brennkraftmaschine verwendet werden. Die Stellbefehle werden dabei anhand der Sollvorgabe, des erwarteten Maschinenverhaltens und der - vorzugsweise korrigierten - Sensorsignale erzeugt. In diesem Fall werden die - vorzugsweise korrigierten - Sensorsignale insbesondere als Istwerte zur Regelung der Brennkraftmaschine verwendet, wobei sie insbesondere mit der Sollvorgabe verglichen werden, wobei der Betrieb der Brennkraftmaschine auf die Sollvorgabe geregelt wird. Die Regelung ist selbstverständlich genauer, wenn die korrigierten Sensorsignale als Istwerte verwendet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Ermittlung des erwarteten Motorverhaltens zusätzlich zu den Stellbefehlen physikalische Messwerte erfasst und verwendet werden. Das erwartete Motorverhalten kann damit präziser vorhergesagt werden. Insbesondere werden bevorzugt physikalische Messwerte verwendet, welche eine Umgebung der Brennkraftmaschine beschreiben. Hierbei handelt es sich insbesondere um Umgebungsgrößen wie beispielsweise den Luftdruck, die Umgebungstemperatur und dergleichen. Solche Größen können insbesondere dem nichtlinearen Modell der Brennkraftmaschine zugrunde liegen, wobei deren Berücksichtigung eine genauere Vorhersage des erwarteten Motorverhaltens ermöglicht.
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Die entsprechenden physikalischen Messwerte gehen demnach in das nichtlineare Modell bevorzugt ein.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Erzeugung der Stellbefehle wenigstens ein erstes lineares Teilmodell verwendet wird, das aus dem nichtlinearen Modell abgeleitet wird. Dies vereinfacht und beschleunigt die Erzeugung der Stellbefehle, insbesondere dadurch, dass lineare Optimierungsverfahren, wie beispielsweise die Methode des steilsten Abstiegs, die auch als Gradientenverfahren bezeichnet wird, angewandt werden können. Das erste lineare Teilmodell umfasst dabei vorzugsweise wenigstens einen Gradienten, vorzugswiese eine Mehrzahl von Gradienten für bestimmte Größen, die das Verhalten des Motors bestimmen. Diese werden aus dem nichtlinearen Modell bevorzugt erzeugt, indem partielle Ableitungen nach verschiedenen Veränderlichen gebildet werden. Das erste lineare Teilmodell ist insbesondere für einen bestimmten Betriebspunkt, insbesondere einen momentanen Betriebspunkt, sowie dessen Umgebung gültig und wird entsprechend vorzugsweise zur Laufzeit und/oder in Echtzeit für den momentanen Betriebspunkt aus dem nichtlinearen Modell abgeleitet. Ändert sich der Betriebspunkt, wird das erste lineare Teilmodell vorzugsweise aktualisiert, insbesondere wird der wenigstens eine Gradient neu berechnet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Ermittlung der Aktorfehler und der Sensorfehler wenigstens ein zweites lineares Teilmodell verwendet wird, das aus dem nichtlinearen Modell abgeleitet wird. Dabei weist das zweite lineare Teilmodell bevorzugt wenigstens einen Gradienten auf. Bevorzugt wird dabei ein Schätzverfahren für die Sensor- und Aktorfehler angewandt, welches auf der Annahme eines linearen Verhaltens der Brennkraftmaschine basiert. Dies ermöglicht eine schnelle und ressourcenschonende Berechnung der Sensor- und Aktorfehler, während Schätzalgorithmen, die vergleichbare Resultate auch unter nichtlinearen Annahmen ermöglichen, in der Regel so komplex sind, dass sie auf einer Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine nicht berechenbar sind. Es wird also zur Ermittlung der Aktorfehler und der Sensorfehler insbesondere ein lineares Schätzverfahren verwendet. Das zweite lineare Teilmodell gilt dabei insbesondere für einen bestimmten, insbesondere momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und dessen Umgebung. Es kann zur Laufzeit und/oder in Echtzeit für den momentanen Betriebspunkt berechnet oder abgeleitet werden, wobei es vorzugsweise aktualisiert wird, wenn der Betriebspunkt sich ändert. Es ist möglich, dass das zweite lineare Teilmodell identisch ist mit dem ersten linearen Teilmodell, welches zur Erzeugung der Stellbefehle verwendet wird. Es ist aber auch möglich, dass das erste lineare Teilmodell von dem zweiten linearen Teilmodell verschieden ist.
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Insbesondere ist es möglich, dass das zweite lineare Teilmodell aus Gradienten des ersten linearen Teilmodells erstellt wird, insbesondere zur Laufzeit und/oder in Echtzeit. Dabei werden bevorzugt die Gradienten des ersten linearen Teilmodells bei einer Änderung des Betriebspunkts aktualisiert, sodass das zweite lineare Teilmodell neu erstellt werden kann. Da die Gradienten des ersten linearen Teilmodells ohnehin für die Steuerung der Brennkraftmaschine gebildet werden, kann hierbei einfach zur Laufzeit ein lineares Modell als zweites lineares Teilmodell für das Schätzverfahren abgeleitet werden, das zur Schätzung der Sensor- und Aktorfehler verwendet werden kann. Dabei entsteht kein großer Mehraufwand im Sinne einer Ressourcenbeanspruchung der Steuereinrichtung für die Modellierung des Verhaltens der Brennkraftmaschine.
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Da das zweite lineare Teilmodell zur Laufzeit und in Echtzeit berechnet werden kann, bedarf es keiner Hinterlegung und Speicherung sehr vieler Teilmodelle für den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, der durch einen hochdimensionalen Parameterraum beschrieben ist, und der ansonsten stückweise linearisiert abgebildet werden müsste. Dies wäre aufgrund der Vielzahl der hierfür benötigten linearen Modelle gar nicht möglich, sodass mit groben Vereinfachungen gearbeitet werden müsste. Demgegenüber ermöglich die Erstellung des zweiten linearen Teilmodells zur Laufzeit und in Echtzeit eine schnelle und ressourcen- insbesondere speicherplatzsparende Berechnung der Aktorfehler und Sensorfehler.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Das Verfahren kann dabei grundsätzlich in ein Steuergerät oder auch in mehrere Steuergeräte implementiert sein, wobei insbesondere verschiedene Steuergeräte zur Durchführung des Verfahrens zusammenwirken können. Insbesondere ist es demnach möglich, dass die Steuereinrichtung genau ein Steuergerät aufweist, oder dass die Steuereinrichtung eine Mehrzahl von Steuergeräten umfasst. Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Aktoren zur Beeinflussung der Brennkraftmaschine sowie mit einer Mehrzahl von Sensoren zur Erfassung von Betriebsdaten der Brennkraftmaschine wirkverbunden.
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Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche eine Steuereinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. In Zusammenhang mit der Steuereinrichtung und auch mit der Brennkraftmaschine ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine,
- 2 eine schematische Detaildarstellung der Ausführungsform des Verfahrens gemäß 1, und
- 3 eine weitere schematische Detaildarstellung der Ausführungsform des Verfahrens gemäß 1.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine 1. Dabei ist ein Steuerungsmittel 3 zur Steuerung oder Regelung der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen, welches eingerichtet ist, um Stellbefehle 5 anhand einer Sollvorgabe 7 und eines erwarteten Maschinenverhaltens 9, sowie vorzugsweise anhand korrigierter Sensorsignale, die als Istwerte 11 in das Steuerungsmittel 3 eingehen, zu erzeugen. Das erwartete Maschinenverhalten 9 wird dabei anhand eines nichtlinearen Modells 13 der Brennkraftmaschine 1 ermittelt, wobei in das nichtlineare Modell 13 auch physikalische Messwerte 15, insbesondere Umgebungsgrößen wie beispielsweise einen Luftdruck oder eine Umgebungstemperatur der Brennkraftmaschine 1 eingehen.
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Die Sollvorgabe 7 kann beispielsweise eine Soll-Abgastemperatur, ein Soll-Kraftstoffverbrauch, eine Soll-Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 1, ein Soll-Drehmoment der Brennkraftmaschine 1, oder eine Kombination aus solchen Größen sein. Das erwartete Maschinenverhalten 9 wird durch das Steuerungsmittel 3 insbesondere verwendet, um beispielsweise ein bestimmtes Verhalten der Brennkraftmaschine 1 vorherzusagen oder um eine Optimierung der Stellbefehle 5 vorzunehmen. Die Stellbefehle 5 werden dabei bevorzugt so gewählt, dass die Sollvorgabe 7 erreicht wird. Eine Regelung des Verhaltens der Brennkraftmaschine 1 erfolgt dabei insbesondere über eine Veränderung der Stellbefehle 5 aufgrund eines Vergleichs der Istwerte 11 mit der Sollvorgabe 7, wobei das erwartete Maschinenverhalten 9 insbesondere eine Information darüber liefert, wie die Stellbefehle 5 geändert werden müssen, um die Istwerte 11 mit der Sollvorgabe 7 in Übereinstimmung zu bringen.
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Es ist ein Korrekturmittel 17 vorgesehen, dass einerseits eingerichtet ist, um die Stellbefehle 5 in Aktorsignale zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Aktoren der Brennkraftmaschine 1 umzusetzen, und um zum anderen Sensorsignale 19 in die Istwerte 11 umzusetzen. Dabei ist das Korrekturmittel 17 weiter eingerichtet, um die Stellbefehle 5 und die Sensorsignale 19 zu korrigieren. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird eine Mehrzahl der Sensorsignale 19 durch entsprechende Sensoren an der Brennkraftmaschine 1 erfasst. Zur Korrektur der Stellbefehle 5 und der Sensorsignale 19 verwendet das Korrekturmittel Aktor- und Sensorfehler 21, welche durch ein Fehlerermittlungsmittel 23 anhand der Aktorsignale 18, der Sensorsignale 19 und dem erwarteten Maschinenverhalten 9 ermittelt werden. Das Fehlerermittlungsmittel verwendet hierzu insbesondere ein Schätzverfahren.
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Die Brennkraftmaschine 1 wird mit den aus den korrigierten Stellbefehlen erzeugten Aktorsignalen 18 angesteuert, und die Sensorsignale 19 werden durch das Korrekturmittel 17 korrigiert, bevor sie als Istwerte 11 dem Steuerungsmittel 3 zugeführt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine Diagnose der Brennkraftmaschine 1 anhand der ermittelten Aktor- und Sensorfehler 21 durchgeführt wird.
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Das Steuerungsmittel 3, das nichtlineare Modell 13, das Korrekturmittel 17 und das Fehlerermittlungsmittel 23 können in verschiedenen Steuergeräten einer Steuereinrichtung oder auch in einem gemeinsamen Steuergerät implementiert sein. Sie können insbesondere als Hardware-Module oder als Software-Module ausgestaltet sein.
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Es wird deutlich, dass zur Steuerung oder Regelung der Brennkraftmaschine 1 und für das Schätzverfahren zur Ermittlung der Aktor- und Sensorfehler 21 ein gemeinsames nichtlineares Motormodell 13 verwendet wird, sodass der Aufwand, der für die Berechnung und Speicherung dieses Modells betrieben werden muss, nur einmal anfällt. Damit kann die Beanspruchung der Ressourcen einer Steuereinrichtung für die Brennkraftmaschine 1, insbesondere deren Speicherbedarf oder Rechenleistung, wirkungsvoll reduziert werden. Somit können die Kosten für die Steuereinrichtungs-Hardware, auf der derartige Algorithmen implementiert und ausgeführt werden sollen, signifikant reduziert werden.
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2 zeigt eine Detaildarstellung der Ausführungsform des Verfahrens gemäß 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Schematisch dargestellt ist hier insbesondere die Funktionsweise des nichtlinearen Modells 13, wobei für das Steuerungsmittel 3 bevorzugt eine modellprädiktive Regelung eingesetzt wird. Dabei können Optimierungsverfahren wie beispielsweise die Methode des steilsten Abstiegs (Gradientenverfahren) verwendet werden. Hierzu liefert das nichtlineare Motormodell 13 insbesondere mittels eines Gradientenbildungsmittels 25 wenigstens einen Gradienten, vorzugsweise eine Mehrzahl von Gradienten für bestimmte Größen, die das Verhalten der Brennkraftmaschine 1 bestimmen. Es werden dabei bevorzugt partielle Ableitungen nach verschiedenen Veränderlichen gebildet. Die so gebildeten Gradienten können dann insbesondere als erstes lineares Teilmodell zur Erzeugung der Stellbefehle in dem Steuerungsmittel 3 verwendet werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Details der Ausführungsform des Verfahrens gemäß 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Wie bereits beschrieben, verwendet das Fehlerermittlungsmittel 23 zur Ermittlung der Aktor- und Sensorfehler 21 insbesondere ein zweites lineares Teilmodell 27, das aus dem nichtlinearen Modell 13, hier insbesondere aus dem erwarteten Maschinenverhalten 9 und insbesondere anhand der durch das Gradientenbildungsmittel 25 gebildeten Gradienten erstellt wird. Dieses zweite lineare Teilmodell 27 kann zur Laufzeit abgeleitet werden. Zusätzlich umfasst das Fehlerermittlungsmittel 23 ein Schätzmittel 29, welches eingerichtet ist zur Schätzung der Aktor- und Sensorfehler 21 anhand der Aktorsignale 18, der Sensorsignale 19 und des zweiten linearen Teilmodells 27. Dabei wird insbesondere das erwartete Motorverhalten 9 auf der Grundlage des zweiten linearen Teilmodells 27 mit dem Verhalten der Brennkraftmaschine 1 verglichen, auf welches die Aktorsignale 18 und die Sensorsignale 19 schließen lassen.
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Insgesamt zeigt sich, dass mittels des hier beschriebenen Verfahrens, der Steuereinrichtung und der Brennkraftmaschine 1 mit überschaubarem Aufwand gleichzeitig ein leistungsfähiges Steuerungs- und Regelungskonzept zur Beherrschung komplexer Motorsysteme und Maßnahmen zur Reduktion von Flottenstreuungen, welche die Einhaltung enger Vorgaben bezüglich Emission und Kraftstoffverbrauch sowie kleiner Sicherheitsmargen unterstützen, in einem Steuergerät oder einer Steuereinrichtung realisiert werden können. Dabei lassen sich aufgrund des überschaubaren Aufwands die Kosten für die benötigte Hardware in der Steuereinrichtung gering halten.
