DE102017113156A1 - Drive System Control with Model Predictive Control (MPC) - Google Patents
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Abstract
Ein Antriebssystem, Steuersystem und Verfahren zum Optimieren von Kraftstoffeffizienz, die Modell-prädiktive Steuersysteme zum Erzeugen von ersten und zweiten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmomenten und ersten und zweiten vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsraten basierend auf ersten und zweiten Sätzen von möglichen Sollwerten jeweils bereitgestellt werden. Die Sätze möglicher Sollwerte beinhalten angewiesene Motorausgangsdrehmomente und angewiesene Übersetzungsverhältnisse. Erste und zweite Kosten für die ersten und zweiten Sätze von möglichen Sollwerten werden jeweils basierend auf einem ersten vorgegebenen Gewichtungswert, einem zweiten vorgegebenen Gewichtungswert, den ersten und zweiten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmomenten jeweils, den ersten und zweiten vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsraten jeweils, einem angeforderten Achsdrehmoment, einem angeforderten Motorausgangsdrehmoment, einem angeforderten Übersetzungsverhältnis und einer angeforderten Kraftstoffverbrauchsrate bestimmt. Einer der ersten und zweiten Sätze von möglichen Sollwerten wird ausgewählt und eingestellt basierend auf den niedrigeren Kosten.A propulsion system, control system and method for optimizing fuel efficiency, the model predictive control systems for generating first and second predicted actual axle torques and first and second predicted actual fuel consumption rates based on first and second sets of possible target values, respectively. The sets of possible setpoints include commanded engine output torques and commanded gear ratios. First and second costs for the first and second sets of possible target values are respectively based on a first predetermined weight value, a second predetermined weight value, the first and second predicted actual axle torque, the first and second predicted actual fuel consumption rates, a requested axle torque, respectively requested engine output torque, a requested gear ratio and a requested fuel consumption rate determined. One of the first and second sets of possible setpoints is selected and set based on the lower cost.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Offenbarung betrifft ein Steuersystem und Verfahren für ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs mit einem Motor und einem Getriebe und insbesondere ein Steuersystem und Verfahren, das eine multivariable Steuerung verwendet.The disclosure relates to a control system and method for a drive system of a motor vehicle having an engine and a transmission, and more particularly to a control system and method using multivariable control.
EINFÜHRUNGINTRODUCTION
Antriebssystemsteuerung in einem Fahrzeug schließt im Allgemeinen das Lesen von Fahrer- und Fahrzeugeingaben wie Gaspedalposition, Fahrzeugsensordaten und Drehmomentanforderungen ein und kommuniziert diese Eingaben an ein Motorsteuermodul (ECM) und einem Getriebesteuermodul (TCM). Das ECM kann ein erwünschtes Achsdrehmoment aus den Fahrer- und Fahrzeugeingaben errechnen. Das gewünschte Achsdrehmoment kann dann dem Motor und dem TCM übermittelt werden. Der Motor wird basierend auf dem gewünschten Achsdrehmoment zum Erzeugen eines tatsächlichen Achsdrehmoments gesteuert werden. Währenddessen berechnet das ECM eine gewünschte Geschwindigkeit oder Getriebeübersetzung aus dem erwünschten Achsdrehmoment und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Das gewünschte Übersetzungsverhältnis wird dann dem Getriebe übermittelt. Das Getriebe wird basierend auf dem gewünschten Übersetzungsverhältnis zum Erzeugen eines tatsächlichen Übersetzungsverhältnisses gesteuert. Das tatsächliche Achsdrehmoment und das tatsächliche Übersetzungsverhältnis definieren die Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs.Propulsion system control in a vehicle generally includes reading driver and vehicle inputs, such as accelerator pedal position, vehicle sensor data, and torque requests, and communicates these inputs to an engine control module (ECM) and a transmission control module (TCM). The ECM may calculate a desired axle torque from the driver and vehicle inputs. The desired axle torque can then be transmitted to the engine and the TCM. The engine will be controlled based on the desired axle torque to generate an actual axle torque. Meanwhile, the ECM calculates a desired speed or gear ratio from the desired axle torque and vehicle speed. The desired gear ratio is then transmitted to the transmission. The transmission is controlled based on the desired gear ratio to produce an actual gear ratio. The actual axle torque and the actual transmission ratio define the operating conditions of the motor vehicle.
Während dieses System von Antriebssystemsteuerung für seine Zweckbestimmung nützlich ist, besteht in der Technik Raum für Verbesserungen der dynamischen Steuerung des Achsdrehmoments zum Ausgleichen von Leistung und Kraftstoffeinsparung, insbesondere in Antriebssystemen mit einem stufenlosen Getriebe.While this system of propulsion system control is useful for its purpose, there is room in the art for improvements in the dynamic control of axle torque to balance power and fuel economy, particularly in CVT propulsion systems.
Motorsteuersysteme wurden entwickelt, um das Motorausgangsdrehmoment zu regeln und ein erwünschtes Drehmoment zu erzielen. Herkömmliche Motorsteuersysteme regeln jedoch das Motorausgangsdrehmoment nicht mit der erforderlichen Genauigkeit.Engine control systems have been developed to control engine output torque and achieve desired torque. However, conventional engine control systems do not regulate the engine output torque with the required accuracy.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren und System zum Steuern eines Parameters wie einer Fahrzeugbeschleunigung, in einem Fahrzeugantriebssystem unter Optimieren der Kraftstoffeinsparung mittels Modell-prädiktiver Steuerung bereit. In einigen Ausführungsformen wird die Modell-prädiktive Steuerung verwendet, um den Motor und das Getriebe zu koordinieren und die Kraftstoffeffizienz und das Fahrverhalten zu verbessern.The present disclosure provides a method and system for controlling a parameter, such as vehicle acceleration, in a vehicle drive system while optimizing fuel economy through model predictive control. In some embodiments, model predictive control is used to coordinate the engine and transmission and improve fuel efficiency and drivability.
In einer Form, die zusammen mit oder getrennt von anderen hier beschriebenen Formen offengelegt sein können, wird ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet Erzeugen eines ersten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoments und einer ersten vorhergesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsrate basierend auf einem ersten Satz von möglichen Sollwerten, worin der erste Satz von möglichen Sollwerten ein erstes angewiesenes Motorausgangsdrehmoment und ein erstes angewiesenes Übersetzungsverhältnis beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet auch Erzeugen eines zweiten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoments und einer zweiten vorhergesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsrate basierend auf einem zweiten Satz von möglichen Sollwerten, worin der zweite Satz von möglichen Sollwerten ein zweites angewiesenes Motorausgangsdrehmoment und ein zweites angewiesenes Übersetzungsverhältnis beinhaltet. In der Praxis kann das Verfahren auch Bestimmen einer Vielzahl von zusätzlichen vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmomenten und vorhergesagten Werten von tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsratemwerten basierend auf zusätzlichen Sätzen von möglichen Sollwerten für das Motorausgangsmoment und das Getriebe beinhalten, jedoch sind hier zwei von jedem vorausgesagten Wert als Minimum beschrieben.In a form that may be disclosed together with or separately from other forms described herein, a method of controlling a drive system of a motor vehicle is provided. The method includes generating a first predicted actual axle torque and a first predicted actual fuel consumption rate based on a first set of possible setpoints, wherein the first set of possible setpoints includes a first commanded engine output torque and a first commanded gear ratio. The method also includes generating a second predicted actual axle torque and a second predicted actual fueling rate based on a second set of possible setpoints, wherein the second set of possible setpoints includes a second commanded engine output torque and a second commanded gear ratio. In practice, the method may also include determining a plurality of additional predicted actual axle torque values and predicted values of actual fuel consumption rate values based on additional sets of possible engine output torque and gearbox target values, but here two of each predicted value are described as minimum.
Das Verfahren beinhaltet weiterhin Bestimmen erster und zweiter Kosten. Die ersten Kosten wird für den ersten Satz von möglichen Sollwerten auf Grundlage mindestens eines ersten vorgegebenen Gewichtungswerts, eines zweiten vorgegebenen Gewichtungswerts, des ersten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoments, der ersten vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsrate, eines angeforderten Achsdrehmoments, eines angeforderten Motorausgangsdrehmoments, eines angeforderten Übersetzungsverhältnisses und einer angeforderten Kraftstoffverbrauchsrate bestimmt. Die zweiten Kosten für den zweiten Satz von möglichen Sollwerten werden auf Grundlage des mindestens ersten vorgegebenen Gewichtungswerts, des zweiten vorgegebenen Gewichtungswerts, des zweiten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoments, der zweiten vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsrate, des angeforderten Achsdrehmoments, des angeforderten Motorausgangsmoments, des angeforderten Übersetzungsverhältnisses und der angeforderten Kraftstoffverbrauchsrate bestimmt. Das Verfahren kann auch Bestimmen einer Vielzahl von zusätzlichen Kosten für jeden Satz von möglichen Sollwerten für das Motorausgangsmoment und das Getriebe beinhalten, in Fällen, worin mehr als zwei Sätze von möglichen Sollwerten verwendet werden, was wahrscheinlich bei den meisten Optimierungssteuerungen der Fall ist. Erste und zweite Kosten sind hier sind als Minimum beschrieben.The method further includes determining first and second costs. The first cost is calculated for the first set of possible setpoints based on at least a first predetermined weighting value, a second predetermined weighting value, the first predicted actual axle torque, the first predicted actual fuel consumption rate, a requested axle torque, a requested engine output torque, a requested gear ratio, and a requested one Fuel consumption rate determined. The second cost for the second set possible setpoints are determined based on the at least one predetermined weighting value, the second predetermined weighting value, the second predicted actual axle torque, the second predicted actual fuel consumption rate, the requested axle torque, the requested engine output torque, the requested gear ratio, and the requested fuel consumption rate. The method may also include determining a plurality of additional costs for each set of possible engine output torque and transmission setpoint values in cases where more than two sets of possible setpoints are used, which is likely to occur in most optimization controls. First and second costs are described here as minimum.
Das Verfahren beinhaltet Auswählen eines ersten und zweiten Satzes von möglichen Sollwerten basierend auf den niedrigeren ersten und zweiten Kosten und Einstellen der gewünschten Sollwerte basierend auf den möglichen Sollwerten des ausgewählten ersten und zweiten Satzes. Wie vorstehend erwähnt, können weit mehr als zwei Kosten bestimmt werden, und wenn ja, werden die niedrigsten Kosten ausgewählt innerhalb jeglicher Beschränkungen ausgewählt. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Steuern eines Fahrzeugparameters auf der Basis mindestens eines gewünschten Sollwerts.The method includes selecting a first and second set of possible setpoints based on the lower first and second costs, and setting the desired setpoints based on the possible setpoints of the selected first and second sets. As mentioned above, well over two costs can be determined, and if so, the lowest cost is selected within any constraints. The method further includes controlling a vehicle parameter based on at least one desired setpoint.
In einer anderen Form, die kombiniert mit oder separat von den anderen Formen hier offenbart sein kann, wird ein Fahrzeugantriebs-Steuersystem für ein Fahrzeug mit einem Getriebe und einem Motor bereitgestellt. Das Fahrzeugantriebs-Steuersystem beinhaltet ein Vorhersagemodul zum Erzeugen eines ersten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoments und eines ersten vorhergesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs basierend auf einem ersten Satz von möglichen Sollwerten, worin der erste Satz von möglichen Sollwerten ein erstes angewiesenes Motorausgangsdrehmoment und ein erstes angewiesenes Übersetzungsverhältnis beinhaltet. Das Vorhersagemodul ist ferner konfiguriert zum Erzeugen eines zweiten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoments und einer zweiten vorhergesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsrate basierend auf einem zweiten Satz von möglichen Sollwerten, worin der zweite Satz von möglichen Sollwerten ein zweites angewiesenes Motorausgangsdrehmoment ein zweites angewiesenes Übersetzungsverhältnis beinhaltet. In der Praxis kann das Vorhersagemodul auch konfiguriert sein zum Bestimmen einer Vielzahl von zusätzlichen vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmomentwerten und vorhergesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsraten-Werten basierend auf zusätzlichen Sätzen von möglichen Sollwerten für das Motorausgangsmoment und das Getriebe, wie es wahrscheinlich für ein Optimierungssteuersystem ist.In another form, which may be combined with or disclosed separately from the other forms herein, there is provided a vehicle drive control system for a vehicle having a transmission and a motor. The vehicle drive control system includes a prediction module for generating a first predicted actual axle torque and a first predicted actual fuel consumption based on a first set of possible setpoints, wherein the first set of possible setpoints includes a first commanded engine output torque and a first commanded gear ratio. The prediction module is further configured to generate a second predicted actual axle torque and a second predicted actual fueling rate based on a second set of possible setpoints, wherein the second set of possible setpoints includes a second commanded engine output torque including a second commanded gear ratio. In practice, the prediction module may also be configured to determine a plurality of additional predicted actual axle torque values and predicted actual fuel consumption rate values based on additional sets of possible engine output torque and gearbox target values, as is likely for an optimization control system.
Das Steuersystem beinhaltet auch ein Kostenmodul, das zum Bestimmen (mindestens) der ersten und zweiten Kosten konfiguriert ist. Die ersten Kosten für den ersten Satz von möglichen Sollwerten werden auf Grundlage mindestens eines ersten vorgegebenen Gewichtungswerts, eines zweiten vorgegebenen Gewichtungswert, des ersten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoments, der ersten vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsrate, eines angeforderten Achsdrehmoments, eines angeforderten Motorausgangsdrehmoments, eines angeforderten Übersetzungsverhältnisses und einer angeforderten Kraftstoffverbrauchsrate bestimmt. Die zweiten Kosten für den zweiten Satz von möglichen Sollwerten werden auf Grundlage mindestens des ersten vorgegebenen Gewichtungswerts, des zweiten vorgegebenen Gewichtungswerts, des zweiten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoments, der zweiten vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsrate, des angeforderten Achsdrehmoments, des angeforderten Motorausgangsdrehmoments, des angeforderten Übersetzungsverhältnisses und der angeforderten Kraftstoffverbrauchsrate bestimmt. Das Kostenmodul kann auch konfiguriert sein, um eine Vielzahl von zusätzlichen Kosten für jeden zusätzlichen Satz von möglichen Sollwerten für das Motorausgangsmoment und das Getriebe zu bestimmen, in Fällen, worin mehr als zwei Sätze möglicher Sollwerte verwendet werden, was wahrscheinlich bei den meisten Optimierungssteuerungen der Fall ist. Erste und zweite Kosten sind hier lediglich als minimale Kosten beschrieben.The control system also includes a cost module configured to determine (at least) the first and second costs. The first costs for the first set of possible setpoints are based on at least a first predetermined weighting value, a second predetermined weighting value, the first predicted actual axle torque, the first predicted actual fuel consumption rate, a requested axle torque, a requested engine output torque, a requested gear ratio, and a requested one Fuel consumption rate determined. The second cost of the second set of possible setpoints is determined based on at least the first predetermined weighting value, the second predetermined weighting value, the second predicted actual axle torque, the second predicted actual fuel consumption rate, the requested axle torque, the requested engine output torque, the requested gear ratio, and the requested gear ratio Fuel consumption rate determined. The cost module may also be configured to determine a variety of additional costs for each additional set of possible engine output torque and transmission setpoint values in cases where more than two sets of possible setpoint values are used, which is likely to be the case with most optimization controls is. First and second costs are described here only as a minimum cost.
Das Steuersystem beinhaltet ferner ein Auswahlmodul, das ausgebildet ist zum Auswählen eines ersten und zweiten Satzes (oder zusätzlicher Sätze) von möglichen Sollwerten basierend auf den niedrigeren der ersten und zweiten Kosten (oder zusätzlicher bestimmter Kosten) und Sätzen gewünschter Sollwerte basierend auf den möglichen Sollwerten des ausgewählten ersten und zweiten Satzes.The control system further includes a selection module configured to select a first and second set (or additional sets) of possible setpoints based on the lower of the first and second costs (or additional determined cost) and sets of desired setpoints based on the possible setpoints of the setpoint selected first and second sentence.
In noch einer anderen Form, die kombiniert mit oder getrennt von anderen Formen hier offenbart sein kann, wird ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Antriebssystem beinhaltet einen Motor, der betreibbar ist zum Versorgen des Fahrzeugs. Der Motor weist eine Motorausgangswelle zum Übertragen von Motorausgangsdrehmoment auf. Das Antriebssystem beinhaltet auch ein stufenloses Getriebe mit einer Variatorbaugruppe einschließlich einer ersten Riemenscheibe und einer zweiten Riemenscheibe. Die ersten und zweiten Riemenscheiben sind drehbar durch eine drehbare Vorrichtung verbunden. Mindestens eine der ersten und zweiten Riemenscheiben beinhaltet eine bewegbare Scheibe, die entlang einer Achse übersetzbar ist zum selektiven Verändern eines Übersetzungsverhältnisses zwischen der Motorausgangswelle und einer Getriebeabtriebswelle ist. Zusätzlich wird eine Antriebsachse bereitgestellt, die über die Getriebeausgangswelle angetrieben wird. Die Antriebsachse ist konfiguriert zum Ausgeben von Achsdrehmoment auf einen Radsatz.In yet another form, which may be combined with or disclosed separately from other forms herein, a drive system for a motor vehicle is provided. The drive system includes a motor operable to power the vehicle. The engine has an engine output shaft for transmitting engine output torque. The drive system also includes a continuously variable transmission with a variator assembly including a first pulley and a second pulley. The first and second pulleys are rotatably connected by a rotatable device. At least one of the first and second pulleys includes a movable pulley translatable along an axis is for selectively changing a gear ratio between the engine output shaft and a transmission output shaft is. In addition, a drive axle is provided which is driven via the transmission output shaft. The drive axle is configured to output axle torque to a wheel set.
Weiterhin beinhaltet das Antriebssystem ein Steuersystem mit einem Vorhersagemodul, einem Kostenmodul und einem Auswahlmodul. Das Vorhersagemodul ist ausgestaltet zum Erzeugen eines ersten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoments und eines ersten vorhergesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs basierend auf einem ersten Satz von möglichen Sollwerten. Der erste Satz von möglichen Sollwerten beinhaltet ein erstes angewiesenes Motorausgangsdrehmoment und ein erstes angewiesenes Übersetzungsverhältnis. Das Vorhersagemodul ist ferner konfiguriert zum Erzeugen eines zweiten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoments und einer zweiten vorhergesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsrate basierend auf einem zweiten Satz von möglichen Sollwerten. Der zweite Satz von möglichen Sollwerten beinhaltet ein zweites angewiesenes Motorausgangsdrehmoment und ein zweites angewiesenes Übersetzungsverhältnis. Wie vorstehend beschrieben können zusätzliche Sätze von vorausgesagten Werten basierend auf zusätzlichen möglichen Sollwerten bestimmt werden. Das Kostenmodul ist konfiguriert zum Bestimmen der ersten und zweiten Kosten (oder zusätzlicher Kosten basierend auf zusätzlichen möglichen Sollwerten). Die ersten Kosten für den ersten Satz von möglichen Sollwerten werden auf Grundlage mindestens eines ersten vorgegebenen Gewichtungswerts, eines zweiten vorgegebenen Gewichtungswerts, des ersten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoments, der ersten vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsrate, eines angeforderten Achsdrehmoments, eines angeforderten Motorausgangsdrehmoments, eines angeforderten Übersetzungsverhältnisses und einer angeforderten Kraftstoffverbrauchsrate bestimmt. Die zweiten Kosten für den zweiten Satz von möglichen Sollwerten werden auf Grundlage mindestens des ersten vorgegebenen Gewichtungswerts, des zweiten vorgegebenen Gewichtungswerts, des zweiten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoments, der zweiten vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsrate, des angeforderten Achsdrehmoments, des angeforderten Motorausgangsmoments, des angeforderten Übersetzungsverhältnisses und der angeforderten Kraftstoffverbrauchsrate bestimmt. Das Auswahlmodul ist konfiguriert zum Auswählen eines ersten und zweiten Satzes (oder zusätzlicher Sätze) von möglichen Sollwerten basierend auf den niedrigeren der ersten und zweiten Kosten (oder zusätzlicher Kosten) und gewünschter Sollwerte basierend auf den möglichen Sollwerten des ausgewählten ersten und zweiten Satzes (oder zusätzlicher Sätze).Furthermore, the drive system includes a control system with a prediction module, a cost module, and a selection module. The prediction module is configured to generate a first predicted actual axle torque and a first predicted actual fuel consumption based on a first set of possible setpoints. The first set of possible setpoints includes a first commanded engine output torque and a first commanded gear ratio. The prediction module is further configured to generate a second predicted actual axle torque and a second predicted actual fueling rate based on a second set of possible setpoints. The second set of possible setpoints includes a second commanded engine output torque and a second commanded gear ratio. As described above, additional sets of predicted values may be determined based on additional possible setpoints. The cost module is configured to determine the first and second costs (or additional costs based on additional possible setpoints). The first costs for the first set of possible setpoints are determined based on at least a first predetermined weighting value, a second predetermined weighting value, the first predicted actual axle torque, the first predicted actual fuel consumption rate, a requested axle torque, a requested engine output torque, a requested gear ratio, and a requested one Fuel consumption rate determined. The second costs for the second set of possible setpoints are determined based on at least the first predetermined weighting value, the second predetermined weighting value, the second predicted actual axle torque, the second predicted actual fuel consumption rate, the requested axle torque, the requested engine output torque, the requested gear ratio, and the requested gear ratio Fuel consumption rate determined. The selection module is configured to select a first and second set (or additional sets) of possible setpoints based on the lower of the first and second costs (or additional costs) and desired setpoints based on the possible setpoints of the selected first and second set (or additional setpoints) Sentences).
Weitere zusätzliche Eigenschaften können in jeder beliebigen Form hier offenbart und bereitgestellt werden, einschließlich aber nicht beschränkt auf die folgenden Eigenschaften, die in Absätzen [0016]–[0023] offenbart sind.Additional additional properties may be disclosed and provided herein in any form, including but not limited to the following properties disclosed in paragraphs [0016] - [0023].
Beispielsweise können die ersten und zweiten Kosten (oder eine Anzahl einer Vielzahl von Kosten im Optimierungssteuerplan) bestimmt werden mit der folgenden Kostengleichung: worin Te_a = vorausgesagtes tatsächliches Motorausgangsmoment; FR_a = vorausgesagte tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate; Rat_a = vorausgesagtes tatsächliches Übersetzungsverhältnis; Ta_a = vorausgesagtes tatsächliches Achsdrehmoment; Te_r = angefordertes Motorausgangsdrehmoment ; FR_r = angeforderte Kraftstoffverbrauchsrate; Rat_r = angefordertes Übersetzungsverhältnis; Ta_r = angefordertes Achsdrehmoment; Te_c = angewiesenes Motorausgangsdrehmoment; Rat_c = angewiesenes Übersetzungsverhältnis; Qy = ein erster vorgegebener Gewichtungswert; Qu = ein zweiter vorgegebener Gewichtungswert; QΔu = ein dritter vorgegebener Gewichtungswert; i = Index-Wert; k = Vorhersageschritt; und T = transponierter Vektor.For example, the first and second costs (or a number of a variety of costs in the optimization control plan) may be determined using the following cost equation: where Te_a = predicted actual engine output torque; FR_a = predicted actual fuel consumption rate; Rat_a = predicted actual gear ratio; Ta_a = predicted actual axle torque; Te_r = requested engine output torque; FR_r = requested fuel consumption rate; Rat_r = requested ratio; Ta_r = requested axle torque; Te_c = instructed engine output torque; Rat_c = instructed gear ratio; Q y = a first predetermined weighting value; Q u = a second predetermined weighting value; Q Δu = a third predetermined weighting value ; i = index value; k = predictive step; and T = transposed vector.
In einigen Formen kann die Kostengleichung iterativ angewendet werden zum Erreichen der geringsten Kosten für eine Vielzahl von Sätzen von möglichen Sollwerten, worin die Vielzahl von Sätzen von möglichen Sollwerten die ersten und zweiten Sätze von möglichen Sollwerten beinhalten und der Satz von möglichen Sollwerten mit den geringsten Kosten ausgewählt werden kann, worin der Satz von möglichen Sollwerten mit den geringsten Kosten definiert ist als einer der ersten und zweiten Sätze von möglichen Sollwerten.In some forms, the cost equation may be applied iteratively to achieve the lowest cost for a plurality of sets of possible setpoints, wherein the plurality of sets of possible setpoints include the first and second sets of possible setpoints and the set of possible setpoints having the least cost wherein the set of possible setpoints having the least cost is defined as one of the first and second sets of possible setpoints.
Zusätzlich können das Verfahren und die Systeme konfiguriert sein zum Bestimmen einer Gaspedalposition PP, einer Motordrehzahl RPM, einer Fahrzeuggeschwindigkeit V und eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AF. Das angeforderte Achsdrehmoment Ta_r kann dann basierend auf der Gaspedalposition PP und der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt werden; die angeforderte Kraftstoffverbrauchsrate FR_r anhand des angeforderten Achsdrehmoments Ta_r, der Fahrzeuggeschwindigkeit V, der Drehzahl RPM und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AF; das angeforderte Übersetzungsverhältnis Rat_r kann anhand des angeforderten Achsdrehmoments Ta_r und der Fahrzeuggeschwindigkeit V; und das angeforderte Motorausgangsdrehmoment Te_r kann anhand des angeforderten Achsdrehmoments Ta_r, des angeforderten Übersetzungsverhältnisses Rat_r und des endgültigen Antriebsverhältnisses FD bestimmt werden.In addition, the method and systems may be configured to determine an accelerator pedal position PP, an engine speed RPM, a vehicle speed V, and an air-fuel ratio AF. The requested axle torque Ta_r may then be determined based on the accelerator pedal position PP and the vehicle speed V; the requested fuel consumption rate FR_r based on the requested axle torque Ta_r, the vehicle speed V, the rotational speed RPM, and the air-fuel ratio AF; the requested gear ratio Rat_r can be calculated from the requested axle torque Ta_r and the vehicle speed V; and the requested engine output torque Te_r may be determined based on the requested axle torque Ta_r, the requested gear ratio Rat_r, and the final drive ratio FD.
Die ersten und zweiten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmomente (oder jede Anzahl an vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmomenten) und die ersten und zweiten vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsraten (oder jede Anzahl an vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsraten) können mit dem folgenden Satz an Gleichungen bestimmt werden: worin xk+1 = Zustandsvariable an einem Voraussageschritt k + 1; xk = Zustandsvariable an einem Voraussageschritt k; A = eine erste Zustandsmatrix; B = eine zweite Zustandsmatrix; Te_ck = Motorausgangsdrehmoment angewiesen an Voraussageschritt k; Rat_ck = Übersetzungsverhältnis angewiesen an Voraussageschritt k; KKF = eine Kalman-Filter-Verstärkung; Te_ak = vorausgesagtes tatsächliches Motorausgangsmoment an Voraussageschritt k; FR_ak = vorausgesagte tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate an Voraussageschritt k; Rat_ak = vorausgesagtes tatsächliches Übersetzungsverhältnis an Voraussageschritt k; Ta_ak = vorausgesagtes tatsächliches Achsdrehmoment an Voraussageschritt k; Te_mk = gemessenes Motorausgangsdrehmoment an Voraussageschritt k; FR_mk = gemessene Kraftstoffverbrauchsrate an Voraussageschritt k; Rat_mk = gemessenes Übersetzungsverhältnis an Voraussageschritt k; Ta_mk = gemessenes Achsdrehmoment an Voraussageschritt k; Ta_ak+1 = vorausgesagtes tatsächliches Achsdrehmoment an Voraussageschritt k + 1; FR_ak+1 = vorausgesagte tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate an Voraussageschritt k + 1; und C = eine dritte Zustandsmatrix ist.The first and second predicted actual axle torques (or any number of predicted actual axle torques) and the first and second predicted actual fuel consumption rates (or any number of predicted actual fuel consumption rates) may be determined using the following set of equations: where x k + 1 = state variable at a prediction step k + 1; x k = state variable at a prediction step k; A = a first state matrix; B = a second state matrix; Te_c k = engine output torque instructed at prediction step k; Rat_c k = gear ratio instructed on prediction step k; K KF = a Kalman filter gain; Te_a k = predicted actual engine output torque at prediction step k; FR_a k = predicted actual fuel consumption rate at prediction step k; Rat_a k = predicted actual gear ratio to prediction step k; Ta_a k = predicted actual axle torque at prediction step k; Te_m k = measured engine output torque at prediction step k; FR_m k = measured fuel consumption rate at prediction step k; Rat_m k = measured gear ratio at prediction step k; Ta_m k = measured axle torque at prediction step k; Ta_a k + 1 = predicted actual Axle torque at prediction step k + 1; FR_a k + 1 = predicted actual fuel consumption rate at prediction step k + 1; and C = a third state matrix.
In einigen Formen können die ersten und zweiten Kosten (oder jede beliebige Anzahl an Kosten) mit der folgenden detaillierteren Kostengleichung bestimmt werden:
Ta_ak+1 und FR_ak+1 kann jeweils gleich dem ersten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoment und der ersten vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsrate sein, wenn diese basierend auf dem ersten Satz von möglichen Sollwerten für Te_ck und Rat_ck erzeugt wurden. Zum anderen können Ta_ak+1 und FR_ak+1 jeweils gleich dem zweiten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoment und der zweiten vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsrate sein, wenn sie basierend auf dem zweiten Satz von möglichen Sollwerten für Te–ck und Rat_ck erzeugt wurden.Ta_a k + 1 and FR_a k + 1 may each be equal to the first predicted actual axle torque and the first predicted actual fuel consumption rate when generated based on the first set of possible setpoints for Te_c k and Rat_c k . On the other Ta_a may each be equal to the second predicted actual axle torque and the second predicted actual fuel consumption rate k + 1 and FR_a k + 1, when based on the second set of possible target values for Te - c k and Rat_c k were generated.
In einigen Formen kann das Steuersystem weiterhin ein Betätigungsmodul beinhalten, das konfiguriert ist zum Steuern eines Fahrzeugparameters wie Beschleunigung, basierend auf mindestens einem der erwünschten Sollwerte (ein Sollwert vom ausgewählten Satz möglicher Sollwerte).In some forms, the control system may further include an actuation module configured to control a vehicle parameter, such as acceleration, based on at least one of the desired setpoints (a setpoint from the selected set of possible setpoints).
Weiterhin können die Regelwerte durch Beschränkungen beschränkt sein wie etwa:
Weitere Eigenschaften, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden in der folgenden Beschreibung und durch die beigefügten Zeichnungen deutlich, worin gleiche Referenznummern auf gleiche Komponenten, Elemente oder Merkmale verweisen.Other features, aspects and advantages of the present disclosure will become apparent in the following description and the accompanying drawings, wherein like reference numbers refer to like components, elements or features.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich dem Zweck der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.The drawings described herein are for illustration purposes only and are not intended to limit the scope of the present disclosure in any way.
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Mit Bezug auf
Das Antriebssystem
Das Getriebe
worin das Getriebe
Die Getriebeausgangswelle
Nun zu
Die Überwachungssteuermodul
Das Motorsteuergerät
Das Getriebesteuermodul
Das Fahrzeugantrieb-Steuersystem
Unter Bezugnahme auf
Das Steuersystem
Die multivariable Steuerung
Unter Bezugnahme auf
Das angewiesene Motorausgangsdrehmoment Te_c wird zum Steuern des Motors
Unter Bezugnahme auf
Das angeforderte Achsdrehmoment Ta_r kann anhand der Gaspedalposition PP und der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt werden, zum Beispiel über
Das angeforderte Achsdrehmoment Ta_r kann in einigen Beispielen bestimmt werden aus einer Nachschlagetabelle oder 2D-Karte aus einer Fahrzeuggeschwindigkeit V, gemessen durch Fahrzeuggeschwindigkeitssensor S10 und einer Gaspedalposition PP, gemessen durch den Pedalwertgeber S12.The requested axle torque Ta_r may be determined from a look-up table or 2D map of a vehicle speed V measured by vehicle speed sensor S10 and an accelerator pedal position PP measured by the pedal sender S12, in some examples.
Die angeforderte Kraftstoffverbrauchsrate FR_r basiert auf dem angeforderten Achsdrehmoment Ta_r, der Fahrzeuggeschwindigkeit V, der Motordrehzahl RPM und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF. Zum Beispiel:
Die Motordrehzahl RPM kann bestimmt werden durch den Motordrehzahlsensor S4. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF ist das Verhältnis der Masse von Luft zu der Masse von Kraftstoff, das durch beispielsweise ein Kraftstoffsteuermodul aufgezeigt werden kann.The engine speed RPM may be determined by the engine speed sensor S4. The air-fuel ratio AF is the ratio of the mass of air to the mass of fuel that can be indicated by, for example, a fuel control module.
Das angeforderte Übersetzungsverhältnis Rat_r basiert auf dem angeforderten Achsdrehmoment Ta_r und der Fahrzeuggeschwindigkeit V. Beispielsweise:
Das angeforderte Motorausgangsdrehmoment Te_r basiert auf dem angeforderten Achsdrehmoment Ta_r, dem angeforderten Übersetzungsverhältnis Rat_r und dem endgültigen Antriebsverhältnis FD (konstant für ein gegebenes Fahrzeug). Zum Beispiel: The requested engine output torque Te_r is based on the requested axle torque Ta_r, the requested gear ratio Rat_r and the final drive ratio FD (constant for a given vehicle). For example:
Der „Verlust”-Faktor kann mechanische Verluste wie Reibung und Riemenscheiben-Klemm-Verluste beispielsweise beinhalten.The "loss" factor may include mechanical losses such as friction and pulley clamping losses, for example.
Sobald die angeforderten Werte bestimmt sind, gibt das Zustandsoptimierungsmodul diese (die u_refs und die y_refs an das MPC-Modul
Ein Vorhersagemodul
Das Vorhersagemodul
Das MPC-Modul
Das MPC-Modul
Die ausgewählten Sollwerte Te_c und Rat_c werden vom MPC-Modul
Das Kostenmodul
Die ersten und zweiten Sätze von Kosten oder eine größere Anzahl an Sätzen von Kosten können bestimmt werden insbesondere mit Hilfe der folgenden Gleichung (6), die eine MPC-Gleichung mit einem Voraussagehorizont von drei und einem Steuerhorizont von zwei ist:
Die Kostengleichung (z. B. Gleichung (5) oder (6)) kann angewendet werden, iterativ zu den geringsten Kosten für eine Vielzahl von Sätzen von möglichen Sollwerten Te_c, Rat_c, worin die Mehrzahl von Sätzen von möglichen Sollwerten Te_c, Rat–c die ersten und zweiten Sätze von möglichen Sollwerten sowie eine Anzahl an anderen möglichen Sätzen von Sollwerten für Te_c, Rat_c beinhalten. Dann kann das Auswahlmodul
Das Vorhersagemodul
Das gemessene Motorausgangsdrehmoment Te_m kann vom Motordrehmomentsensor S4 erfasst werden. Das gemessene Übersetzungsverhältnis oder Riemenscheibenverhältnis Rat_m kann bestimmt werden aus der Drehzahl der Getriebeantriebswelle
Die Sätze der Gleichungen für das Vorhersagemodul können wie folgt mit den eingesetzten Matrix-Werten neu geschrieben werden: The sets of equations for the prediction module can be rewritten with the matrix values used as follows:
Ta_ak+1 und FR_ak+1 können definiert werden als oder gleich jeweils dem ersten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoment und der ersten vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsrate, wenn basierend auf dem ersten Satz von Sollwerten für Te_ck und Rat_ck erzeugt, und Ta_ak+1 und FR_ak+1 können definiert werden als oder gleich jeweils dem zweiten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoment und der zweiten vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsrate, wenn basierend auf dem zweiten Satz von möglichen Sollwerten für Te_ck und Rat_ck erzeugt.Ta_a k + 1 and FR_a k + 1 may be defined as equal to each of the first predicted actual axle torque and the first predicted actual fuel consumption rate when k based on the first set of setpoints for Te_c k and Rat_c k , and Ta_a k + 1 and FR_a k + 1 may be defined as or equal to each of the second predicted actual axle torque and the second predicted actual fuel consumption rate when generated based on the second set of possible setpoints for Te_c k and Rat_c k .
Die Kostengleichung (z. B. Gleichung (5) oder (6)) kann den folgenden Einschränkungen unterliegen
Die vorstehend aufgeführten Konstanten, Matrizen und Verstärkungen einschließlich A, B, C, KKF, Qy, Qu, QΔu, λa, λf, λe, λr, λΔe, λΔr sind Parameter des Systems, die bestimmt wurden durch Prüfungen, physikalische Modelle oder andere Mittel. In einigen Variationen wird ein Systemidentifikationverfahren offline durchlaufen, beispielsweise bei einer Kalibrierung zum Identifizieren der Konstanten, Matrizen und Verstärkungen und auch zum Definieren von u0 und y0. Sobald u0 und y0 bekannt sind, kann dann x0 von den Vorhersagemodulgleichungen (z. B. Gleichungen (7)–(12) oder einer Teilmenge davon) berechnet werden. Danach kann jede der Vorhersagemodul-
In einigen Formen kann das MPC-Modul
Genauer kann ein Satz von N Werten für jeden Sollwert Te_c, Rat_c bestimmt werden, und ein Satz von M Werten für jeden vorausgesagten tatsächlichen Wert Ta_a, FR_a kann anhand der N Sollwerte Te_c, Rat_c bestimmt werden. Das Kostenmodul
In einigen Formen kann das Erfüllen der Beschränkungen
Bei stationärem Betrieb können die Sollwerte Te_c, Rat_c an oder nahe der Referenz oder den angeforderten Werten Te_r, Rat_r jeweils liegen. Im instationären Betrieb kann das MPC-Modul
Im Betrieb kann das MPC-Modul
Unter Bezugnahme auf
Das Verfahren
Das Verfahren
Das Verfahren
Die Begriffe Steuereinheit, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuergerät, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), Zentraleinheit(en), z. B. Mikroprozessor(en) und deren zugeordneten nicht-transitorische Speicherkomponenten in Form von Arbeitsspeicher- und Datenspeichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenspeicher usw.). Die nicht transitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Anweisungen in der Form eines oder mehrerer Software- oder Firmware-Programme oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Antriebs-/Abtriebsschaltung(en) und -Vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch den einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen.The terms control unit, control module, module, controller, controller, processor and the like refer to one or more combinations of application specific integrated circuits (ASIC), electronic circuit (s), central processing unit (s), e.g. B. Microprocessor (s) and their associated non-transitory memory components in the form of memory and data storage devices (read-only memory, programmable read-only memory, random access memory, hard disk memory, etc.). The non-transitory memory component is capable of providing machine-readable instructions in the form of one or more software or firmware programs or routines, combinatorial logic circuitry, drive / drive circuitry and devices, signal conditioning and buffering circuits, and others Store components that may be accessed by the one or more processors to provide a described functionality.
Antriebs-/Abtriebsschaltung(en) und Vorrichtungen beinhalten Analog-/Digitalwandler-verwandte Geräte, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder als Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Befehle, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf sämtliche von einer Steuereinheit ausführbaren Befehlssätze, wie z. B. Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Jede Steuereinheit führt für Steuerroutine(n) aus, um die gewünschten Funktionen, darunter auch die Überwachung der Eingaben von Sensorgeräten und anderen vernetzten Steuereinheiten, bereitzustellen, und führt zudem Steuer- und Diagnoseroutinen aus, um die Betätigung von Stellgliedern zu steuern. Die Routinen können in regelmäßigen Intervallen, wie z. B. während des laufenden Betriebs alle 100 Mikrosekunden, ausgeführt werden. Alternativ dazu können Routinen in Reaktion auf ein Auslöseereignis ausgeführt werden.Drive / output circuitry and devices include analog / digital converter related devices that monitor sensor inputs at a predetermined polling frequency or in response to a triggering event. Software, firmware, programs, commands, control routines, code, algorithms, and similar terms refer to all instruction sets executable by a controller, such as a computer. B. Calibrations and look-up tables. Each controller executes control routines to provide the desired functions, including monitoring the inputs of sensor devices and other networked controllers, as well as executing control and diagnostic routines to control actuation of actuators. The routines can be used at regular intervals, such as. B. during running operation every 100 microseconds to run. Alternatively, routines may be executed in response to a triggering event.
Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und Kommunikation zwischen Steuerungen, Stellgliedern und/oder Sensoren kann über eine direkte Kabelverbindung, eine vernetzte Kommunikationsbus-Verbindung, eine drahtlose Verbindung oder jede andere geeignete Kommunikationsverbindung bewerkstelligt werden. Kommunikationsinhalte beinhalten das Austauschen von Datensignalen auf jede beliebige geeignete Art und Weise, einschließlich z. B. elektrischer Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetischer Signale über die Luft, optischer Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen.The communication between the controllers and communications between controllers, actuators, and / or sensors may be accomplished via a direct cable connection, a networked communication bus connection, a wireless connection, or any other suitable communication connection. Communication content includes exchanging data signals in any suitable manner, including e.g. As electrical signals via a conductive medium, electromagnetic signals over the air, optical signals via optical fibers and the like.
Datensignale können unter anderem Signale umfassen, die Eingaben von Sensoren repräsentieren, Signale, die Stellgliedbefehle und Kommunikationssignale zwischen Steuerungen repräsentieren. Der Begriff „Modell” bezeichnet einen prozessorbasierten oder einen mittels des Prozessors ausführbaren Code und der zugehörigen Kalibrierung, die die physische Existenz einer Vorrichtung oder eines physischen Prozesses simuliert. Wie hier verwendet, beschreibt der Begriff „dynamisch” Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und durch das Überwachen oder sonstige Ermitteln von Parameterzuständen und dem regelmäßigen oder periodischen Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen einer Routine oder zwischen Iterationen beim Ausführen der Routine gekennzeichnet sind.Data signals may include, among other things, signals representing inputs from sensors, signals representing actuator commands, and communication signals between controllers. The term "model" refers to a processor-based or processor-executable code and associated calibration that simulates the physical existence of a device or physical process. As used herein, the term "dynamic" describes steps or processes that are performed in real time and characterized by monitoring or otherwise determining parameter states and periodically or periodically updating parameter states when executing a routine or between iterations in executing the routine.
Das Steuersystem
Die Steuerung(en) des Steuerungssystems
Nachschlagetabellen, Datenbanken, Datendepots oder andere hier beschriebene Datenspeicher können verschiedene Arten von Mechanismen zur Speicherung, zum Zugriff und zum Abrufen verschiedener Arten von Daten beinhalten, einschließlich einer hierarchischen Datenbank, eines Satzes von Dateien in einem Dateisystem, einer Anwendungsdatenbank in einem proprietären Format, eines relationalen Datenbankverwaltungssystems (RDBMS) usw. Jeder dieser Datenspeicher kann in einem Computergerät beinhaltet sein, das ein Computerbetriebssystem, wie beispielsweise eines der vorstehend aufgeführten, einsetzt und auf das über ein Netzwerk in einer oder mehreren der Vielzahl von Arten zugegriffen werden kann. Ein Dateisystem kann durch ein Computerbetriebssystem zugänglich sein und Dateien beinhalten, die in verschiedenen Formaten gespeichert sind. Ein RDBMS kann die Structured Query Language (SQL) zusätzlich zu einer Sprache zum Erstellen, Speichern, Bearbeiten und Ausführen gespeicherter Prozeduren wie beispielsweise die vorstehend aufgeführte PL/SQL-Sprache einsetzen.Lookup tables, databases, data repositories, or other data stores described herein may include various types of mechanisms for storing, accessing, and retrieving various types of data, including a hierarchical database, a set of files in a file system, an application database in a proprietary format, relational database management system (RDBMS), etc. Each of these data stores may be included in a computing device that employs a computer operating system, such as one of those listed above, and that may be accessed over a network in one or more of a variety of ways. A file system may be accessible through a computer operating system and may contain files stored in various formats. An RDBMS can use the Structured Query Language (SQL) in addition to a language to create, store, manipulate, and execute stored procedures, such as the PL / SQL language listed above.
Die ausführliche Beschreibung sowie die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben viele Aspekte der vorliegenden Offenbarung. Während bestimmte Aspekte im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Aspekte in den beigefügten Ansprüchen.The detailed description, as well as the drawings or figures, support and describe many aspects of the present disclosure. While certain aspects have been described in detail, various alternative aspects exist in the appended claims.
Claims (10)
Applications Claiming Priority (4)
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