DE102018113545B4

DE102018113545B4 - Motorsteuerungssystem und -verfahren

Info

Publication number: DE102018113545B4
Application number: DE102018113545.9A
Authority: DE
Inventors: Zhaojian Li; Julian R. Verdejo; Michael E. Deffenbaugh
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2018-06-06
Publication date: 2022-12-01
Anticipated expiration: 2038-06-07
Also published as: US20180355811A1; CN109026410A; DE102018113545A1; CN109026410B; US10415491B2

Abstract

Motorsteuerungssystem für ein Fahrzeug, Folgendes umfassend:ein Modell prädikatives Steuerungs-(MPC)-Modul, das:Sätze möglicher Sollwerte basierend auf einer Motordrehmomentanforderung identifiziert;vorhergesagte Betriebsparameter für die Sätze möglicher Sollwerte ermittelt;Kostenwerte für die Sätze möglicher Sollwerte ermittelt;einen der Sätze möglicher Sollwerte basierend auf den Kostenwerten auswählt undSollwerte basierend auf den möglichen Sollwerten des ausgewählten der Sätze setzt; undein erstes Stellgliedmodul, das ein erstes Motorstellglied basierend auf einem ersten der Sollwerte steuert;dadurch gekennzeichnet , dassdas MPC-Modul mindestens einen der vorhergesagten Betriebsparameter zu einem zukünftigen Zeitpunkt basierend auf einem vorhergesagten Wert der Motordrehzahl bestimmt, wobei der vorhergesagte Wert der Motordrehzahl basierend auf einer Vielzahl von aktuellen Motordrehzahlmessungen bestimmt wird;wobei der vorhergesagte Wert der Motordrehzahl durch Berechnen eines Satzes von linearen Regressionskoeffizienten unter Verwendung der Regression der kleinsten Quadrate aus der Vielzahl der aktuellen Motordrehzahlmessungen und unter Verwendung der linearen Regressionskoeffizienten bestimmt wird, um den vorhergesagten Wert der Motordrehzahl zum zukünftigen Zeitpunkt zu berechnen.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Motorsteuerung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Motorsteuerungssystem und -verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 9 zum Steuern eines Verbrennungsmotors basierend auf der vorhergesagten Motordrehzahl, die unter Verwendung einer Anpassungstechnik der kleinsten quadratischen mit vorher festgelegten Motordrehzahldaten bestimmt wird.
Ein gattungsgemäßes Motorsteuerungssystem bzw. -verfahren geht aus der DE 10 2015 109 569 A1 hervor.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verbrennen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in Zylindern zur Bewegung der Kolben zur Erzeugung des Antriebsmoments. Die Luftzufuhr in den Motor wird durch eine Drossel geregelt. Genauer gesagt regelt die Drossel den Drosselbereich, der die Luftzufuhr in den Motor erhöht oder senkt. Wenn der Drosselbereich steigt, steigt auch die Luftzufuhr in den Motor. Ein Kraftstoffregelsystem passt die Kraftstoffeinspritzmenge an, um die Zylinder mit einem erwünschten Kraftstoff-Luft-Gemisch zu versorgen und/oder um ein erwünschtes Abtriebsdrehmoment zu erzielen. Eine Versorgung der Zylinder mit mehr Kraftstoff und Luft erhöht das Abtriebsdrehmoment des Motors.
In Fremdzündungsmotoren löst ein Zündfunke die Verbrennung eines den Zylindern zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs aus. In Selbstzündungsmotoren wird das den Zylindern zugeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch durch die Kompression in den Zylindern gezündet. Der Zündzeitpunkt und die Luftzufuhr können die wesentlichen Faktoren zur Regelung der Drehmomentausgabe von Fremdzündungsmotoren sein, während die Kraftstoffzufuhr der wesentliche Faktor zur Regelung der Drehmomentausgabe von Selbstzündungsmotoren sein kann.
Motorsteuerungssysteme wurden entwickelt, um den Motorbetrieb so zu steuern, dass die gewünschte Leistung und das gewünschte Drehmoment, eine höhere Kraftstoffeffizienz und geringere Emissionen erreicht werden. Genauer gesagt, wurden die Modellvorhersage-(MPC)-Prinzipien auf Motorsteuerungssysteme angewandt. Beispiele für Motorsteuerungssysteme, die MPC verwenden, finden sich beispielsweise in den Druckschriften US 9 328 671 B2 , US 9 334 815 B2 , US 9 378 594 B2 , US 9 399 959 B2 , US 9 435 274 B2 , US 9 599 053 B2 , US 2018 / 0 230 864 A1 , US 2018 / 0 230 927 A1 , US 2018 / 0 274 473 A1 und US 2018 / 0 298 838 A1 . Während das Motorsteuerungssystem seinen Zweck erfüllt, ist ein verbessertes Motorsteuerungsverfahren mit schnellerem Ansprechverhalten und verbesserter Steuergenauigkeit erforderlich.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß mehreren Aspekten beinhaltet ein Motorsteuerungssystem für ein Fahrzeug ein Modell prädikatives Steuerungs-(MPC)-Modul, das Sätze möglicher Sollwerte basierend auf einer Motordrehmomentanforderung identifiziert, prognostizierte Betriebsparameter für die Sätze möglicher Sollwerte ermittelt, Kostenwerte für die Sätze möglicher Sollwerte ermittelt, einen der Sätze möglicher Sollwerte basierend auf den Kostenwerten auswählt und Sollwerte basierend auf den möglichen Sollwerten des ausgewählten der Sätze setzt. Das Motorsteuerungssystem beinhaltet auch ein erstes Stellgliedmodul, das ein erstes Motorstellglied basierend auf einem ersten der Sollwerte steuert. Das MPC-Modul bestimmt mindestens einen der vorhergesagten Betriebsparameter zu einem zukünftigen Zeitpunkt basierend auf einem vorhergesagten Wert der Motordrehzahl, wobei der vorhergesagte Wert der Motordrehzahl basierend auf einer Vielzahl von aktuellen Motordrehzahlmessungen bestimmt wird. Der vorhergesagte Wert der Motordrehzahl wird durch das Berechnen eines Satzes von linearen Regressionskoeffizienten unter Verwendung der kleinsten Quadrate aus der Vielzahl der aktuellen Motordrehzahlmessungen und unter Verwendung der linearen Regressionskoeffizienten zum Berechnen des vorhergesagten Motordrehzahlwerts zum zukünftigen Zeitpunkt bestimmt.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die Vielzahl der aktuellen Motordrehzahlmessungen drei Drehzahlmessungen.
In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die Vielzahl der aktuellen Motordrehzahlmessungen vier Drehzahlmessungen.
In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung besteht der Satz linearer Regressionskoeffizienten aus einer Steigung und einem Schnittpunkt.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung wählt das MPC-Modul einen der Sätze möglicher Sollwerte weiterhin basierend auf vorgegebenen Bereichen für die Sollwerte aus.
In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung identifiziert das MPC-Modul einen ersten der Sätze möglicher Sollwerte basierend auf einem ersten Kostenwert des ersten der Sätze und bestimmt, ob die möglichen Sollwerte des ersten der möglichen Sätze jeweils innerhalb der vorgegebenen Bereiche liegen. Wenn einer der möglichen Sollwerte des ausgewählten Satzes außerhalb seines vorgegebenen Bereichs liegt, identifiziert das MPC-Modul einen zweiten der möglichen Sollwerte basierend auf einem zweiten Kostenwert des zweiten Satzes. Wenn die möglichen Sollwerte des zweiten der Sätze innerhalb der vorgegebenen Bereiche liegen, wählt das MPC-Modul den zweiten der Sätze aus.
In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die Motorsteuerung weiterhin ein Ladedruck-Stellgliedmodul zum Steuern der Öffnung eines Wastegate eines Turboladers basierend auf einem zweiten der Sollwerte; und ein Phasen-Stellgliedmodul, das die Einlass- und Auslassventilphasenlage basierend auf dritten und vierten der Sollwerte steuert, wobei das erste Stellgliedmodul das Öffnen einer Drosselklappe basierend auf dem ersten der Sollwerte steuert.
In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die Motorsteuerung weiterhin ein Abgasrückführungs-(AGR)-Stellgliedmodul, welches das Öffnen eines AGR-Ventils basierend auf einem fünften der Sollwerte steuert.
Gemäß mehreren Aspekten der Offenbarung beinhaltet ein Motorsteuerungsverfahren für ein Fahrzeug die Verwendung eines Modell prädikativen Steuerungs-(MPC)-Moduls, um die Schritte des Identifizierens von Sätzen möglicher Sollwerte basierend auf einer Motordrehmomentanforderung, des Bestimmens vorhergesagter Betriebsparameter für die Sätze möglicher Sollwerte, des Bestimmens von Kostenwerten für die Sätze möglicher Sollwerte, des Auswählens eines der Sätze möglicher Sollwerte basierend auf den Kostenwerten und des Einstellens von Sollwerten basierend auf den möglichen Sollwerten des ausgewählten der Sätze auszuführen. Das Verfahren beinhaltet auch den Schritt zum Steuern eines ersten Motorstellglieds basierend auf einem ersten der Sollwerte. Bei dem offenbarten Verfahren beinhaltet der Schritt zum Bestimmen der vorhergesagten Betriebsparameter die Vorhersage eines Motordrehzahlwerts zu einem zukünftigen Zeitpunkt basierend auf einer Vielzahl von aktuellen Motordrehzahlmessungen und die Vorhersage eines Werts für mindestens einen der Betriebsparameter zum zukünftigen Zeitpunkt basierend auf dem vorhergesagten Wert der Motordrehzahl zum zukünftigen Zeitpunkt. Der Schritt zur Vorhersage eines Werts der Motordrehzahl umfasst das Berechnen eines Satzes von linearen Regressionskoeffizienten unter Verwendung der Regression der kleinsten Quadrate auf der Vielzahl der aktuellen Motordrehzahlmessungen und unter Verwendung der linearen Regressionskoeffizienten, um den vorhergesagten Wert der Motordrehzahl zum zukünftigen Zeitpunkt zu berechnen.
In einem weiteren Beispiel des vorliegenden offenbarten Verfahrens beinhaltet die Vielzahl der aktuellen Motordrehzahlmessungen drei Drehzahlmessungen.
In noch einem weiteren Beispiel des vorliegenden offenbarten Verfahrens beinhaltet die Vielzahl der aktuellen Motordrehzahlmessungen vier Drehzahlmessungen.
In noch einem weiteren Beispiel des vorliegenden offenbarten Verfahrens besteht der Satz linearer Regressionskoeffizienten aus einer Steigung und einem Schnittpunkt.
In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren weiterhin das Auswählen eines der Sätze möglicher Sollwerte basierend auf vorgegebenen Bereichen für die Sollwerte.
In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren weiterhin das Verwenden des MPC-Moduls zum Identifizieren eines ersten der Sätze möglicher Sollwerte basierend auf einem ersten Kostenwert des ersten der Sätze und zum Bestimmen, ob die möglichen Sollwerte des ersten der möglichen Sätze innerhalb der vorgegebenen Bereiche liegen. Wenn einer der möglichen Sollwerte des ausgewählten der Sätze außerhalb seines vorbestimmten Bereichs liegt, beinhaltet das Verfahren weiterhin das Verwenden des MPC-Moduls zum Identifizieren eines zweiten der Sätze möglicher Sollwerte basierend auf einem zweiten Kostenwert des zweiten der Sätze. Wenn die möglichen Sollwerte des zweiten der Sätze innerhalb der vorgegebenen Bereiche liegen, beinhaltet das Verfahren weiterhin die Verwendung des MPC-Moduls zum Auswählen des zweiten der Sätze.
In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren weiterhin das Steuern der Öffnung eines Wastegate eines Turboladers basierend auf einem zweiten der Sollwerte und das Steuern der Einlass- und Auslassventilphasenlage basierend auf den jeweils dritten und vierten der Sollwerte, wobei das erste Motorstellglied eine Drosselklappe ist.
In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren weiterhin das Steuern der Öffnung eines Abgasrückführventils (AGR) basierend auf einem fünften der Sollwerte.
Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung speichert ein nicht-flüchtiges, computerlesbares Medium computerlesbare Anweisungen, die, wenn sie durch einen Prozessor einer Vorrichtung ausgeführt werden, bewirken, dass die Vorrichtung, die das Verfahren ausführt, das die Schritte zum Identifizieren von Sätzen von möglichen Sollwerten basierend auf einer Motordrehmomentanforderung beinhaltet, das Bestimmen vorhergesagter Betriebsparameter für die Sätze möglicher Sollwerte, das Bestimmen von Kostenwerten für die Sätze möglicher Sollwerte, das Auswählen eines der Sätze möglicher Sollwerte basierend auf den Kostenwerten, das Setzen von Sollwerten basierend auf den möglichen Sollwerten des ausgewählten der Sätze und das Steuern eines ersten Motorstellglieds basierend auf einem ersten der Sollwerte beinhaltet. In einem Aspekt des computerlesbaren Mediums beinhaltet der Schritt zum Bestimmen der vorhergesagten Betriebsparameter die Vorhersage eines Motordrehzahlwerts zu einem zukünftigen Zeitpunkt basierend auf einer Vielzahl von aktuellen Motordrehzahlmessungen und die Vorhersage eines Werts für mindestens einen der Betriebsparameter zum zukünftigen Zeitpunkt basierend auf dem vorhergesagten Wert der Motordrehzahl zum zukünftigen Zeitpunkt.
In einem weiteren Aspekt des offenbarten nicht-flüchtigen computerlesbaren Mediums beinhaltet der Schritt zur Vorhersage eines Werts der Motordrehzahl das Berechnen eines Satzes von linearen Regressionskoeffizienten unter Verwendung der Regression der kleinsten Quadrate auf der Vielzahl der aktuellen Motordrehzahlmessungen und unter Verwendung der linearen Regressionskoeffizienten, um den vorhergesagten Wert der Motordrehzahl zum zukünftigen Zeitpunkt zu berechnen.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung .

1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Motorsystems, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
2 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Motorsteuermoduls (ECM) für das Motorsteuersystem gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
3 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Luftregelungsmoduls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
4 ist eine schematische Darstellung einer Motordrehzahlvorhersage gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch.
Ein Motorsteuermodul (Engine Control Module, ECM) steuert die Drehmomentausgabe eines Motors. Genauer gesagt steuert das ECM Stellantriebe des Motors basierend auf Sollwerten, die aus dem angeforderten Drehmoment stammen. So steuert beispielsweise das ECM die Einlass- und Auslassnockenwellen-Phasenverstellung basierend auf der maximalen Einlass- und Auslassnockenwellen-Öffnungsposition, ein Drosselventil basierend auf einer Drosselventil-Sollöffnung, ein Abgasrückführ-(AGR)-Ventil basierend auf einer AGR-Öffnung und ein Ladedruckregelventil eines Turboladers basierend auf einem effektiven Ladedruckregelventil-Sollarbeitszyklus.
Eine Option für die Motorsteuerung besteht darin, dass das ECM die Sollwerte einzeln unter Verwendung von mehreren Einfacheingangs-Einfachausgangs-(SISO)-Controllern, wie Proportional-Integral-Derivativ-Controllern (PID-Reglern), bestimmen. Wenn mehrere SISO-Controller zum Einsatz kommen, können die Sollwerte die Systemstabilität jedoch nur zu Lasten von möglichen Kraftstoffeinsparungen gewährleisten. Außerdem können Kalibrierung und Design der einzelnen SISO-Controller kosten- und zeitaufwendig sein.
Das in der vorliegenden Offenbarung vorgestellte ECM erzeugt die Sollwerte unter Verwendung eines modellprädiktiven Steuermoduls (MPC). Das MPC-Modul identifiziert mögliche Sollwertsätze basierend auf einer Motordrehmomentanforderung. Das MPC-Modul kann vorausgesagte Parameter für jeden möglichen Sollwertsatz basierend auf den möglichen Sollwerten der Sätze und eines mathematischen Modells des Motors bestimmen.
Das MPC-Modul kann auch die Kosten in Verbindung mit der Verwendung der möglichen Sollwertsätze bestimmen. Die für einen möglichen Satz bestimmten Kosten steigen, wenn Differenzen zwischen den Sollwerten der möglichen Sätze und der jeweiligen Referenzwerte zunehmen und umgekehrt.
Unter Bezugnahme nun auf 1 wird ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Motorsystems 100 präsentiert. Das Motorsystem 100 beinhaltet einen Motor 102, der ein Kraftstoff-Luftgemisch verbrennt, um ein Antriebsmoment für ein Fahrzeug, basierend auf Fahrereingaben von einem Fahrereingabemodul 104, zu erzeugen. Der Motor 102 kann ein Fremdzündungs-Benzinverbrennungsmotor sein.
Die Luft wird durch einen Ansaugkrümmer 110 über ein Drosselventil 112 angesaugt. Das Drosselventil 112 kann in einer nicht einschränkenden exemplarischen Ausführungsform ein Schmetterlingsventil mit einem drehbaren Flügel beinhalten. Ein Motorsteuergerät (Engine Control Module, ECM) 114 steuert ein Drosselstellgliedmodul 116, das wiederum die Öffnung der Drosselklappe 112 zur Regulierung der in den Ansaugkrümmer 110 angesaugten Luftmenge steuert.
Die Luft vom Ansaugkrümmer 110 wird in die Zylinder des Motors 102 gesaugt. Obwohl der Motor 102 mehrere Zylinder beinhalten kann, ist hier zu Veranschaulichungszwecken nur ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 dargestellt. Der Motor 102 kann in nicht einschränkenden exemplarischen Ausführungsformen 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder beinhalten. Das ECM 114 kann ein Zylinderstellgliedmodul 120 zum gezielten Deaktivieren bestimmter Zylinder anweisen, wodurch unter bestimmten Betriebsbedingungen des Motors die Kraftstoffeffizienz verbessert werden kann.
Der Motor 102 kann nach dem Viertaktprinzip betrieben werden. Die vier nachstehend beschriebenen Takte können als Einlasstakt, Verdichtungstakt, Verbrennungstakt und Auslasstakt bezeichnet werden. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) erfolgen zwei der vier Takte innerhalb des Zylinders 118. Demzufolge sind zwei Umdrehungen der Kurbelwelle erforderlich, damit der Zylinder 118 alle vier Takte ausführen kann.
Während des Einlasstakts wird die Luft aus dem Ansaugkrümmer 110 durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 gesaugt. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoffstellgliedmodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung so regelt, dass ein bestimmtes Soll-Kraftstoff-/Luftverhältnis erreicht wird. Kraftstoff kann in den Ansaugkrümmer 110 an einer zentralen Stelle oder mehreren Stellen, wie beispielsweise nahe am Einlassventil 122 jedes Zylinders, eingespritzt werden. In verschiedenen Implementierungen (nicht dargestellt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in mit den Zylindern verbundene Mischkammern eingespritzt werden. Das Kraftstoffstellgliedmodul 124 kann das Einspritzen von Kraftstoff in die deaktivierten Zylinder stoppen.
Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit Luft und bildet innerhalb des Zylinders 118 ein Kraftstoff-/Luftgemisch. Während des Verdichtungstaktes komprimiert ein Kolben (nicht dargestellt) im Zylinder 118 das Kraftstoff-/Luftgemisch. Ein Zündfunkenstellgliedmodul 126 legt basierend auf einem Signal vom ECM 114 Spannung an eine Zündkerze 128 im Zylinder 118 an, die das Kraftstoff-/Luftgemisch zündet. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann so gelegt werden, dass sich der Kolben in diesem Moment in seiner als oberer Totpunkt (OT) bezeichneten obersten Stellung befindet.
Das Zündfunkenstellgliedmodul 126 kann durch ein Zeitsignal gesteuert werden, das festlegt, wie lange vor oder nach dem OT der Funke ausgelöst werden soll. Weil die Kolbenstellung direkt mit der Kurbelwellendrehung zusammenhängt, kann die Funktion des Zündfunkenstellgliedmoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert werden. Das Erzeugen des Funkens kann als Zündung bezeichnet werden. Das Zündfunkenstellgliedmodul 126 kann die Fähigkeit haben, den Zündzeitpunkt für jedes Zündereignis zu variieren. Das Zündfunkenstellgliedmodul 126 kann den Zündzeitpunkt für eine nächste Zündung verschieben, wenn der Zündzeitpunkt zwischen einer letzten Zündung und der nächsten Zündung verändert wurde. Das Zündfunkenstellgliedmodul 126 kann die Zündung für deaktivierte Zylinder sperren.
Während des Verbrennungstakts treibt die Verbrennung des Kraftstoff/Luftgemischs den Kolben weg vom OT, wodurch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Verbrennungstakt kann als die Zeit zwischen dem Moment bezeichnet werden, in dem der Kolben den OT erreicht und dem Moment, in dem der Kolben den unteren Totpunkt (UT) erreicht. Während des Auslasstaktes bewegt sich der Kolben vom UT weg und stößt die Verbrennungsabfallprodukte durch ein Auslassventil 130 aus. Die Verbrennungsabfallprodukte werden über ein Abgassystem 134 aus dem Fahrzeug ausgestoßen.
Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. In unterschiedlichen Anwendungen können mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) für den Zylinder 118 steuern und/oder können die Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) mehrerer Zylinderbänke (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 steuern und/oder können Auslassventile (einschließlich des Auslassventils 130) mehrerer Zylinderbänke (einschließlich des Zylinders 118) steuern. In verschiedenen Implementierungen kann das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 durch andere Vorrichtungen als Nockenwellen gesteuert werden, wie z. B. durch nockenlose Ventilstellglieder. Das Zylinderstellgliedmodul 120 kann den Zylinder 118 durch Deaktivieren des Öffnens des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 deaktivieren.
Das Zeitintervall, in dem das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann hinsichtlich des oberen Totpunktes des Kolbens durch einen Einlassnockenversteller 148 variiert werden. Das Zeitintervall, zu dem das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann hinsichtlich des oberen Totpunktes des Kolbens durch einen Auslassnockenversteller 150 variiert werden. Ein Verstellstellgliedmodul 158 kann den Einlassnockenverstell 148 und den Auslassnockenverstell 150 basierend auf Signalen vom ECM 114 steuern. Insofern implementiert, kann ein variabler Ventilhub (nicht dargestellt) zudem durch das Phasenstellgliedmodul 158 gesteuert werden.
Das Motorsystem 100 kann einen Turbolader beinhalten, der wiederum eine Heißgasturbine 160-1 beinhaltet, die von den durch das Abgassystem 134 strömenden heißen Abgasen angetrieben wird. Der Turbolader beinhaltet zudem einen Kaltluftkompressor 160-2, der von der Turbine 160-1 angetrieben wird. Der Kompressor 160-2 komprimiert die in das Drosselventil 112 geführte Luft. In verschiedenen Implementierungen kann ein von der Kurbelwelle angetriebener Turbolader (nicht dargestellt) die Luft von dem Drosselventil 112 komprimieren und die komprimierte Luft in den Ansaugkrümmer 110 befördern.
Ein Ladedruckregelventil 162 kann die Abgase an der Turbine 160-1 vorbei leiten und dadurch den vom Turbolader erzeugten Ladedruck (die Stärke der Einlassluftkompression) reduzieren. Ein Ladedruckstellgliedmodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers regeln, indem es die Öffnung des Ladedruckregelventils 162 steuert. In verschiedenen Implementierungen können zwei oder mehrere Turbolader zum Einsatz kommen, die von dem Ladedruckstellgliedmodul 164 gesteuert werden können.
Ein Luftkühler (nicht dargestellt) kann Wärme von der komprimierten Ladeluft an ein Kühlmedium, wie z. B. Motorkühlflüssigkeit oder Luft, übertragen. Ein Luftkühler, der die komprimierte Ladeluft unter Verwenden der Motorkühlflüssigkeit kühlt, kann als Intercooler bezeichnet werden. Ein Luftkühler, der die komprimierte Ladeluft unter Verwendung von Luft kühlt, kann als Ladeluftkühler bezeichnet werden. Die komprimierte Ladeluft kann z. B. durch Kompression und/oder von anderen Komponenten des Abgassystems 134 aufgeheizt werden. Obwohl aus Gründen der Veranschaulichung getrennt dargestellt können die Turbine 160-1 und der Kompressor 160-2 miteinander verbunden sein und die Einlassluft in die Nähe heißer Abgase leiten.
Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführventil (AGR) 170 beinhalten, das Abgas selektiv zum Ansaugkrümmer 110 zurückführt. Das AGR-Ventil 170 kann stromaufwärts der Turbine 160-1 des Turboladers angeordnet sein. Das AGR-Ventil 170 kann von einem AGR-Stellantriebsmodul 172 basierend auf Signalen des ECM 114 gesteuert werden.
Eine Position der Kurbelwelle kann unter Verwendung eines Kurbelwellen-Positionssensors 180 gemessen werden. Eine Drehzahl der Kurbelwelle (Motordrehzahl) kann basierend auf der Kurbelwellenstellung ermittelt werden. Eine Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors (ECT-Sensors) 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann innerhalb des Motors 102 oder an anderen Stellen angeordnet sein, an denen das Kühlmittel umgewälzt wird, wie beispielsweise ein Radiator (nicht dargestellt).
Der Druck im Ansaugkrümmer 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdruck (MAP)-Sensors 184 gemessen werden. In verschiedenen Ausführungen kann der aus der Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck im Ansaugkrümmer 110 bestehende Motorunterdruck gemessen werden. Der Massenstromdurchsatz der Luft, die durch den Ansaugkrümmer 110 strömt, kann unter Verwendung eines Luftstrommassen (MAF)-Sensors 186 gemessen werden. In unterschiedlichen Implementierungen kann der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse positioniert sein, das auch die Drosselklappe 112 beinhaltet.
Das Drosselstellgliedmodul 116 kann die Stellung des Drosselventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselstellungssensoren (TPS) 190 überwachen. Der Druck des Lufteinlasses in die Drosselklappe 112 kann unter Verwendung eines Sensors für den Drosseleinlassluftdruck (TIAP) 191 gemessen werden. Die Temperatur der in den Motor 102 zugeführten Umgebungsluft kann unter Verwendung eines Einlasslufttemperatur (IAT)-Sensors 192 gemessen werden. Das Motorsystem 100 kann auch einen oder mehrere andere Sensoren 193, wie einen Umgebungsfeuchtigkeitssensor, einen oder mehrere Klopfsensoren, einen Kompressorauslass-Drucksensor und/oder einen Drosseleinlassdrucksensor, einen Ladedruckregelventil-Stellungssensor, ein AGR-Stellungssensor und/oder einen oder mehrere andere geeignete Sensoren, beinhalten. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerungsentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
Das ECM 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 in Verbindung stehen, um den Gangwechsel in einem Getriebe zu koordinieren (nicht dargestellt). So kann beispielsweise das ECM 114 bei einem Gangwechsel das Motordrehmoment reduzieren. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um den Betrieb des Motors 102 und eines Elektromotors 198 zu koordinieren.
Der Elektromotor 198 kann auch als Generator arbeiten und zum Erzeugen von Elektroenergie für die Nutzung im elektrischen System des Fahrzeugs bzw. zur Speicherung in einer Batterie dienen. In verschiedenen Ausführungen können verschiedene Funktionen des ECM 114, des Getriebesteuermoduls 194 und des Hybridsteuermoduls 196 in ein oder mehrere Module integriert werden.
Jedes System, das einen Motorparameter beeinflusst, kann als Motorstellglied bezeichnet werden. So kann beispielsweise das Drosselstellgliedmodul 116 die Öffnung des Drosselventils 112 einstellen, um einen Soll-Öffnungsbereich des Drosselventils zu erreichen. Das Zündungsstellgliedmodul 126 steuert die Zündkerzen so, dass ein Sollzündzeitpunkt im Verhältnis zum oberen Totpunkt des Kolbens erreicht wird. Das Kraftstoffstellgliedmodul 124 steuert die Einspritzdüsen so, dass bestimmte Kraftstoffzufuhr-Sollwerte erreicht werden. Das Verstellerstellgliedmodul 158 kann die Einlass- und Auslassnockenversteller 148 und 150 so steuern, dass jeweils maximale Öffnungsstellungen für die Einlass- und Auslassnocken erreicht werden. Das Ladedruck-Stellantriebsmodul 164 steuert das Ladedruckregelventil 162 so, dass ein Sollöffnungsbereich für das Ladedruckregelventil erzielt wird. Das Zylinderstellgliedmodul 120 steuert die Zylinderdeaktivierung so, dass eine Sollanzahl aktivierter und deaktivierter Zylinder erreicht wird.
Das ECM 114 erzeugt die Sollwerte für die Motorstellglieder, um zu bewirken, dass der Motor 102 ein Soll-Motorausgangsdrehmoment erzeugen kann. Das ECM 114 erzeugt die Sollwerte für die Motorstellglieder unter Verwendung von Model Predictive Control (modellprädikativer Steuerung), wie weiter unten noch eingehender erörtert wird.
Mit Verweis auf 2 wird ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Motorsteuersystems dargestellt. Eine exemplarische Implementierung des ECM 114 beinhaltet ein Fahrer-Drehmomentmodul 202, ein Achsdrehmoment-Arbitriermodul 204 und Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206. Das ECM 114 kann ein Hybrid-Optimierungsmodul 208 beinhalten. Das ECM 114 kann auch ein Reserve-/Lastmodul 220, ein Drehmomentanforderungsmodul 224, ein Luftsteuermodul 228, ein Zündsteuermodul 232, ein Hubraum-Steuermodul 236 und ein Kraftstoff-Steuermodul 240 beinhalten.
Das Fahrer-Drehmomentmodul 202 kann eine Fahrer-Drehmomentanforderung 254 basierend auf einer Fahrereingabe 255 vom FahrerEingabemodul 104 ermitteln. Die Fahrereingabe 255 kann beispielsweise basierend auf einer Gaspedal- oder Bremspedalstellung erfolgen. Die Fahrereingabe 255 kann auch auf einer Geschwindigkeitsregelung basieren, die ein adaptives Geschwindigkeitsregelungssystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um einen zuvor festgelegten Folgeabstand zu halten. Das Fahrer-Drehmomentmodul 202 kann eine oder mehrere Zuordnungen von Gaspedalstellungen zu Solldrehmomenten speichern und die Fahrer-Drehmomentanforderung 254 basierend auf einer ausgewählten Zuordnung ermitteln. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann auch ein oder mehrere Filter anwenden, um Grenzänderungen in der Fahrerdrehmomentanforderung 254 einzuschätzen.
Ein Achsdrehmoment-Arbitriermodul 204 arbitriert zwischen der Fahrer-Drehmomentanforderung 254 und anderen Achsen-Drehmomentanforderungen 256. Das Achsdrehmoment (Drehmoment an den Rädern) kann von verschiedenen Quellen erzeugt werden, einschließlich eines Motors und/oder eines Elektromotors. So kann beispielsweise die Achsdrehmomentanforderung 256 eine von einem Traktionssteuerungssystem angeforderte Drehmomentreduzierung beinhalten, wenn positiver Radschlupf erfasst wird. Positiver Radschlupf tritt auf, wenn das Achsdrehmoment die Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche überwindet und die Räder auf der Straßenoberfläche zu rutschen beginnen. Die Achsdrehmomentanforderungen 256 können auch eine Drehmomenterhöhungsanforderung beinhalten, um negativem Radschlupf entgegenzuwirken, der auftritt, wenn ein Reifen des Fahrzeugs im Verhältnis zur Straßenoberfläche in Gegenrichtung rutscht, weil das Achsdrehmoment negativ ist.
Die Achsdrehmomentanforderung 256 kann auch Bremsmanagmentanforderungen und Fahrzeugübergeschwindigkeits-Drehmomentanforderungen beinhalten. Bremsmanagmentanforderungen können das Achsdrehmoment verringern, um zu gewährleisten, dass das Achsdrehmoment nicht die Fähigkeit der Bremsen zum Anhalten des Fahrzeugs überschreitet, wenn das Fahrzeug stoppt. Fahrzeugübergeschwindigkeits-Drehmomentanforderungen können das Achsdrehmoment verringern, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet. Die Achsdrehmomentanforderungen 256 können auch von Fahrzeug-Stabilitätskontrollsystemen generiert werden.
Das Achsdrehmoment-Arbitriermodul 204 gibt eine vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 und eine momentane Drehmomentanforderung 258 basierend auf dem Ergebnis der Arbitrierung zwischen den empfangenen Drehmomentanforderungen 254 und 256 aus. Wie nachfolgend beschrieben, können die vorhergesagten und momentanen Drehmomentanforderungen 257 und 258 vom Achsdrehmoment-Arbitriermodul 204 selektiv von anderen Modulen des ECM 114 angepasst werden, bevor sie zur Steuerung der Motorstellglieder zur Anwendung kommen.
Im Allgemeinen kann die momentane Drehmomentanforderung 258 eine Menge des momentan erwünschten Achsdrehmoments sein, während die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 eine Menge des Achsdrehmoments sein kann, das in Kürze erforderlich ist. Das ECM 114 steuert das Motorsystem 100 zur Erzeugung eines Achsdrehmoments gleich der momentanen Drehmomentanforderung 258. Verschiedene Sollwertkombinationen können jedoch das gleiche Achsdrehmoment zur Folge haben. Das ECM 114 kann daher die Sollwerte anpassen, um einen schnelleren Übergang zu der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 zu ermöglichen, unter Beibehaltung des Achsdrehmoments an der momentanen Drehmomentanforderung 258.
In verschiedenen Implementierungen kann die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 basierend auf der Fahrerdrehmomentanforderung 254 festgelegt werden. Die momentane Drehmomentanforderung 258 kann unter gewissen Umständen niedriger als die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 festgelegt werden, wenn beispielsweise die Fahrerdrehmomentanforderung 254 Radschlupf auf einer vereisten Fläche verursacht. In derartigen Fällen kann ein Traktionskontrollsystem (nicht dargestellt) eine Verringerung über die momentane Drehmomentanforderung 258 anfordern, und das ECM 114 reduziert das Motorausgangsdrehmoment auf die momentane Drehmomentanforderung 258. Das ECM 114 führt jedoch die Reduktion aus, sodass das Motorsystem 100 schnell weiter die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 erzeugen kann, sobald der Radschlupf aufhört.
Im Allgemeinen kann der Unterschied zwischen der momentanen Drehmomentanforderung 258 und der (im Allgemeinen höheren) vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 als schnelle Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die schnelle Drehmomentreserve kann die Menge an zusätzlichem Drehmoment (über der momentanen Drehmomentanforderung 258) darstellen, dessen Erzeugung das Motorsystem 100 mit minimaler Verzögerung beginnen kann, beispielsweise durch das Einstellen des Zündzeitpunkts. Schnelle Motorstellglieder kommen zur Anwendung, um das gegenwärtige Achsdrehmoment mit minimaler Verzögerung zu erhöhen oder zu senken. Schnelle Motorstellglieder werden im Gegensatz zu langsamen Motorstellgliedern definiert.
Im Allgemeinen können schnelle Motorstellglieder das Achsdrehmoment schneller ändern als langsame Motorstellglieder. Langsame Stellantriebe können langsamer auf Änderungen ihrer jeweiligen Sollwerte reagieren als schnelle Stellantriebe. So kann beispielsweise ein langsames Stellantrieb mechanische Komponenten beinhalten, die Zeit brauchen, um in Reaktion auf eine Sollwertänderung von einer Stellung in eine andere zu wechseln. Ein langsamer Stellantrieb kann auch durch die Zeitdauer gekennzeichnet werden, die das Achsdrehmoment braucht, um sich zu ändern, nachdem das langsame Stellantrieb mit der Umsetzung des geänderten Sollwerts begonnen hat. Diese Zeitdauer ist bei langsamen Stellantrieben im Allgemeinen länger als bei schnellen Stellantrieben. Außerdem kann es auch nach Beginn des Änderungsvorgangs länger dauern, bis das Achsdrehmoment vollständig auf die Änderung des langsamen Stellantriebs reagiert hat.
Nur als Beispiel kann das Zündstellgliedmodul 126 ein schnelles Stellantrieb sein. Fremdzündende Motoren können Kraftstoffe, wie beispielsweise Benzin und Äthanol verbrennen, die mittels Funken gezündet werden. Im Gegensatz dazu kann das Drosselstellgliedmodul 116 ein langsames Stellantrieb sein.
So kann beispielsweise das Zündstellgliedmodul 126 den Zündzeitpunkt für eine nächste Zündung variieren, wenn der Zündzeitpunkt zwischen einer letzten und der nächsten Zündung geändert wird. Im Gegensatz dazu kann es länger dauern, bis sich Änderungen der Drosselöffnung auf das Motorausgangsdrehmoment auswirken. Das Drosselstellgliedmodul 116 ändert die Öffnung der Drossel durch Einstellen des Winkels des Flügels des Drosselventils 112. Daher bewegt sich bei Änderung des Sollwerts für die Öffnung des Drosselventils 112 das Drosselventil 112 mit mechanischer Verzögerung von seiner vorherigen Stellung in eine neue Stellung in Reaktion auf die Änderung. Außerdem sind Luftstromänderungen basierend auf der Drosselöffnung abhängig von Verzögerungen des Luftstroms in dem Ansaugkrümmer 110. Ferner macht sich der erhöhte Luftstrom im Ansaugkrümmer 110 erst als Erhöhung des Motorausgangsdrehmoments bemerkbar, wenn der Zylinder 118 im nächsten Einlasstakt zusätzliche Luft empfängt, diese komprimiert und der Verbrennungstakt beginnt.
Mit diesen Stellantrieben als Beispiel kann eine schnelle Drehmomentreserve aufgebaut werden, indem die Drosselöffnung auf einen Wert eingestellt wird, der dem Motor 102 ermöglicht, die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 zu erzeugen. Zwischenzeitlich kann der Zündzeitpunkt basierend auf der momentanen Drehmomentanforderung 258 eingestellt werden, die unter der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 liegt. Obwohl die Drosselöffnung ausreichend Luftstrom für den Motor 102 generiert, um die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 zu erzeugen, wird der Zündzeitpunkt basierend auf der momentanen Drehmomentanforderung 258 verzögert (und damit das Drehmoment verringert). Das Motorausgangsdrehmoment ist daher gleich der momentanen Drehmomentanforderung 258.
Wenn zusätzliches Drehmoment erforderlich ist, kann der Zündzeitpunkt basierend auf der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 oder einem Drehmoment zwischen der vorhergesagten und momentanen Drehmomentanforderung 257 bzw. 258 eingestellt werden. Am folgenden Zündzeitpunkt kann das Zündstellglied 126 den Zündzeitpunkt auf einen optimalen Wert zurückstellen, was dem Motor 102 ermöglicht, das volle Motorausgangsdrehmoment zu erzeugen, das mit dem vorhandenen Luftstrom möglich ist. Das Motorausgangsdrehmoment kann daher rasch auf die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 erhöht werden, ohne Verzögerungen durch die Änderung der Drosselöffnung zu erfahren.
Das Achsdrehmoment-Arbitriermodul 204 kann die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 und die momentane Drehmomentanforderung 258 an ein Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206 ausgeben. In verschiedenen Implementierungen kann das Achsdrehmoment-Arbitriermodul 204 die vorhergesagte und die momentane Drehmomentanforderung 257 und 258 an das Hybridoptimierungsmodul 208 ausgeben.
Das Hybridoptimierungsmodul 208 kann ermitteln, wie viel Drehmoment vom Motor 102 und wie viel Drehmoment vom Elektromotor 198 produziert werden soll. Das Hybridoptimierungsmodul 208 gibt dann geänderte vorhergesagte und momentane Drehmomentanforderungen 259 bzw. 260 an das Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206 aus. In verschiedenen Implementierungen kann das Hybridoptimierungsmodul 208 im Hybridsteuermodul 196 implementiert sein.
Die vom Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206 empfangenen vorhergesagten und momentanen Drehmomentanforderungen werden aus einem Achsdrehmomentbereich (Drehmoment an den Rädern) in einen Vortriebsdrehmomentbereich (Drehmoment an der Kurbelwelle) umgewandelt. Diese Umwandlung kann vor, nach, als Teil vom oder anstatt des Hybridoptimierungsmodul(s) 208 erfolgen.
Das Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206 arbitriert zwischen Vortriebsdrehmomentanforderungen 290, einschließlich der umgewandelten vorhergesagten und momentanen Drehmomentanforderungen. Das Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206 generiert eine arbitrierte vorhergesagte Drehmomentanforderungen 261 und eine arbitrierte momentane Drehmomentanforderung 262. Die arbitrierten Drehmomentanforderungen 261 und 262 können durch Auswählen einer vorrangigen Drehmomentanforderung aus empfangenen Drehmomentanforderungen generiert werden. Alternativ oder zusätzlich können die arbitrierten Drehmomentanforderungen durch Änderung einer der empfangenen Anforderungen basierend auf einer oder mehreren empfangenen Drehmomentanforderungen generiert werden.
So können beispielsweise die Vortriebsdrehmomentanforderungen 290 Drehmomentsenkungen zum Schutz vor Motorüberdrehzahlen, Drehmomentsteigerungen zur Blockierverhinderung und vom Getriebesteuermodul 194 zur Anpassung der Gangwechsel angeforderte Drehmomentsenkungen beinhalten. Die Vortriebsdrehmomentanforderungen 290 können auch ein Ergebnis einer Kupplungs-Kraftstoffabschaltung sein, die das Motorausgangsdrehmoment reduziert, um einen Anstieg der Motordrehzahl zu verhindern, wenn der Fahrer in einem Fahrzeug mit Handschaltung das Kupplungspedal betätigt.
Die Vortriebsdrehmomentanforderungen 290 können auch eine Motorabschaltanforderung beinhalten, die bei Erfassung eines kritischen Fehlers initiiert wird. Nur als Beispiel können kritische Fehler die Feststellung eines Fahrzeugdiebstahls, festsitzenden Anlassermotors, elektronischer Drosselsteuerprobleme und unerwartete Drehmomentsteigerungen beinhalten. In verschiedenen Implementierungen wird die Motorabschaltanforderung als vorrangige Anforderung gewählt, wenn eine Motorabschaltanforderung vorhanden ist. Wenn die Motorabschaltanforderung vorhanden ist, kann das Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206 null als die arbitiriterte vorhergesagte und momentane Drehmomentanforderung 261 und 262 ausgeben.
In verschiedenen Implementierungen kann eine Motorabschaltanforderung einfach den Motor 102 getrennt vom Arbitierprozess abschalten. Das Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206 kann immer noch die Motorabschaltanforderung erhalten, sodass beispielsweise geeignete Daten als Feedback an andere Drehmomentanforderer gesendet werden können. So können beispielsweise alle anderen Drehmomentanforderer informiert werden, dass sie in der Arbitrierung als nachrangig eingestuft wurden.
Das Reserve-/Lastmodul 220 empfängt die arbitrierten vorhergesagten und momentanen Drehmomentanforderungen 261 und 262. Das Reserve-/Lastmodul 220 kann die arbitrierten vorhergesagten und momentanen Drehmomentanforderungen 261 und 262 anpassen, um eine schnelle Drehmomentreserve zu schaffen und/oder eine oder mehrere Lasten zu kompensieren. Das Reserve-/Lastmodul 220 gibt dann die angepassten vorhergesagten und momentanen Drehmomentanforderungen 263 und 264 an das Drehmoment-Anforderungsmodul 224 aus.
Nur als Beispiel kann ein Katalysator-Zündprozess oder ein Kaltstart-Emissionsreduktionsprozess einen verzögerten Zündzeitpunkt erfordern. Das Reserve-/Lastmodul 220 kann daher die angepasste vorhergesagte Drehmomentanforderung 263 über die angepasste momentane Drehmomentanforderung 264 hinaus erhöhen, um den Zündzeitpunkt für den Kaltstart-Emissionsreduktionsprozess zu verzögern. In einem anderen Beispiel kann das Kraftstoff/Luft-Verhältnis des Motors und/oder der Luft-Massendurchsatz direkt verändert werden, wie durch intrusive Diagnoseäquivalenzverhältnistests und/oder Neumotorentleerung. Vor Beginn dieser Verfahren kann eine schnelle Drehmomentreserve aufgebaut oder erhöht werden, um rasch Senkungen des Motorausgangsdrehmoments auszugleichen, die durch die Streckung des Kraftstoff-/Luftgemischs während dieser Prozesse verursacht werden.
Das Reserve-/Lastmodul 220 kann auch eine schnelle Drehmomentreserve in Erwartung einer zukünftigen Last aufbauen und erhöhen, wie die Funktion einer Servolenkungspumpe oder die Ineingriffnahme einer Klima (A/C)-Kompressorkupplung. Die Reserve für die Ineingriffnahme der A/C-Kompressorkupplung kann aufgebaut werden, wenn der Fahrer die Klimaanlage zunächst einschaltet. Das Reserve-/Lastmodul 220 kann die angepasste vorhergesagte Drehmomentanforderung 263 erhöhen, um die Drehmomentreserve zu erzeugen, während es die angepasste momentane Drehmomentanforderung 264 unverändert lässt. Wenn dann die A/C-Kompressorkupplung in Eingriff genommen wird, kann das Reserve-/Lastmodul 220 die angepasste momentane Drehmomentanforderung 264 um die geschätzte Belastung der A/C-Kompressorkupplung erhöhen.
Das Drehmoment-Anforderungsmodul 224 empfängt die angepasste vorhergesagte und momentane Drehmomentanforderung 263 und 264. Das Drehmoment-Anforderungsmodul 224 ermittelt, wie die angepassten vorhergesagten und momentanen Drehmomentanforderungen 263 und 264 erreicht werden. Das Drehmoment-Anforderungsmodul 224 kann motortypspezifisch sein. So kann beispielsweise das Drehmoment-Anforderungsmodul 224 auf verschiedene Weise implementiert werden oder in fremdzündenden Motoren andere Steuermechanismen verwenden als in selbstzündenden Motoren.
In verschiedenen Implementierungen kann das Drehmoment-Anforderungsmodul 224 eine Grenze zwischen motortypspezifischen Modulen und Modulen, die allen Motortypen gemeinsam sind, festlegen. So können beispielsweise die Motortypen Fremdzünder und Selbstzünder beinhalten. Module vor dem Drehmoment-Anforderungsmodul 224, wie das Vortriebsdrehmoment-Arbitriermodul 206, können bestimmten Motortypen gemeinsam sein, während das Drehmoment-Anforderungsmodul 224 und folgende Module motortypspezifisch sein können.
Das Drehmoment-Anforderungsmodul 224 ermittelt eine Luftdrehmoment-Anforderung 265 basierend auf den angepassten vorhergesagten und momentanen Drehmomentanforderungen 263 und 264. Die Luftdrehmoment-Anforderung 265 kann ein Bremsmoment sein. Das Bremsmoment kann als das Drehmoment an der Kurbelwelle unter den aktuellen Betriebsbedingungen bezeichnet werden.
Sollwerte zur Luftstromsteuerung der Motorstellglieder werden basierend auf der Luftdrehmoment-Anforderung 265 ermittelt. Insbesondere ermittelt das Luftsteuermodul 228 basierend auf der Luftdrehmoment-Anforderung 265 einen zielwirksamen Ladedruckregelventil-Bereichsprozentsatz 266, einen zielwirksamen Drosselbereichs-Prozentsatz 267, einen Soll-AGR-Ventilöffnungsbereich 268, eine maximale Öffnungsstellung der Einlassnocke 269 und eine maximale Öffnungsstellung der Auslassnocke 270. Das Luftsteuermodul 228 ermittelt den zielwirksamen Ladedruckregelventil-Bereichsprozentsatz 266, den zielwirksamen Drosselbereichs-Prozentsatz 267, den Soll-AGR-Ventilöffnungsbereich 268, die maximale Öffnungsstellung der Einlassnocke 269 und die maximale Öffnungsstellung der Auslassnocke 270 unter Verwendung von modellprädikativer Steuerung, wie weiter unten noch erörtert wird.
Das Ladedruckstellgliedmodul 164 steuert das Ladedruckregelventil 162, um den zielwirksamen Ladedruckregelventil-Bereichsprozentsatz 266 zu erreichen. So kann beispielsweise ein erstes Umwandlungsmodul 272 den zielwirksamen Ladedruckregelventil-Bereichsprozentsatz 266 in einen Sollarbeitszyklus 274 umwandeln, der für das Ladedruckregelventil 162 angewendet wird, und das Ladedruckstellgliedmodul 164 kann ein Signal an das Ladedruckregelventil 162 basierend auf dem Sollarbeitszyklus 274 ausgeben. In verschiedenen Implementierungen kann das erste Umwandlungsmodul 272 den zielwirksamen Ladedruckregelventil-Bereichsprozentsatz 266 in eine Ladedruckregelventil-Sollposition (nicht dargestellt) und die Ladedruckregelventil-Sollposition in den Arbeitszyklus Sollarbeitszyklus 274 umwandeln.
Das Drosselstellgliedmodul 116 steuert das Drosselventil 112 so, dass der zielwirksame Drosselbereichs-Prozentsatz 267 erreicht wird. So kann beispielsweise ein zweites Umwandlungsmodul 276 den zielwirksamen Drosselbereichs-Prozentsatz 267 in einen Sollarbeitszyklus 278 umwandeln, der für das Drosselventil 112 angewendet wird, und das Drossel-Stellantriebsmodul 116 kann ein Signal an das Drosselventil 112 ausgeben, das auf dem Sollarbeitszyklus 278 basiert. In verschiedenen Implementierungen kann das zweite Umwandlungsmodul 276 den zielwirksamen Drosselbereichs-Prozentsatz 267 in eine Drossel-Sollstellung (nicht dargestellt) und die Drosselventil-Sollstellung in den Sollarbeitszyklus 278 umwandeln.
Das EGR-Stellantriebsmodul 172 steuert das EGR-Ventil 170 so, dass der EGR-Sollöffnungsquerschnitt 268 erreicht wird. So kann beispielsweise ein drittes Umwandlungsmodul 280 den EGR-Sollöffnungsquerschnitt 268 in einen Sollarbeitszyklus 282 umwandeln, der an dem EGR-Ventil 170 zur Anwendung kommt, und das EGR-Stellantriebsmodul 172 kann ein Signal an das EGR-Ventil 170 basierend auf dem Sollarbeitszyklus 282 ausgeben. In verschiedenen Implementierungen kann das dritte Umwandlungsmodul 280 den EGR-Sollöffnungsquerschnitt 268 in eine EGR-Sollstellung (nicht dargestellt) und die EGR-Sollstellung in den Sollarbeitszyklus 282 umwandeln.
Das Phasenversteller-Stellantriebsmodul 158 steuert den Einlassnocken-Phasenversteller 148 zum Erreichen der maximalen Öffnungsstellung der Einlassnocke 269. Das Phasenversteller-Stellantriebsmodul 158 steuert auch den Auslassnocken-Phasenversteller 150 zum Erreichen der maximalen Öffnungsstellung der Auslassnocke 270. In verschiedenen Implementierungen kann ein viertes Umwandlungsmodul (nicht dargestellt) beinhaltet sein und die maximale Öffnungsstellung jeweils in Soll-Einlass- und Auslassarbeitszyklen umwandeln. Das Phasenversteller-Stellantriebsmodul 158 kann die Einlass- und Auslass-Sollarbeitszyklen an die Einlass- und Auslassnocken-Phasenversteller 148 bzw. 150 ausgeben. In verschiedenen Implementierungen kann das Luftsteuermodul 228 einen Sollüberschneidungsfaktor und einen effektiven Sollhubraum ermitteln, und das Phasenversteller-Stellantriebsmodul 158 kann die Einlass- und Auslassnocken-Phasenversteller 148 und 150 so steuern, dass der Sollüberschneidungsfaktor und der effektive Sollhubraum erreicht werden.
Das Drehmomentanforderungsmodul 224 kann auch eine Zünddrehmomentanforderung 283, eine Zylinderabstellanforderung 284 und eine Kraftstoffdrehmomentanforderung 285 basierend auf der vorhergesagten und der momentanen Drehmomentanforderung 263 und 264 generieren. Das Zündsteuermodul 232 kann basierend auf der Zünddrehmomentanforderung 283 die Verzögerung des Zündzeitpunkts von einem optimalen Zündzeitpunkt ermitteln (die das Motorausgangsdrehmoment reduziert). Nur zum Beispiel kann ein Drehmomentverhältnis umgekehrt werden, um einen Sollzündzeitpunkt 286 zu erreichen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (TReq) kann der Sollzündzeitpunkt (ST) 286 mit folgenden Werten ermittelt werden: $ST = f - 1 (TReq,APC,I,E,AF,OT,#),$
wobei APC ein Luft-pro-Zylinderwert, I ein Einlassventilverstellwert, E ein Auslassventilverstellwert, AF ein Kraftstoff-/Luftverhältnis, OT eine Öltemperatur und # die Anzahl der aktivierten Zylinder ist. Diese Beziehung kann in einer Gleichung und/oder Nachschlagetabelle dargestellt werden. Das Kraftstoff-/Luftverhältnis (AF) kann das gegenwärtige, vom Kraftstoffsteuermodul 240 angezeigte Kraftstoff-/Luftverhältnis sein.
Wenn der Zündzeitpunkt auf den optimalen Zündzeitpunkt gesetzt ist, kann das daraus resultierende Drehmoment so nahe wie möglich an eine minimale Frühzündung gesetzt werden, um das beste Drehmoment (MBT-Zündzeitpunkt) zu erzielen. Das beste Drehmoment bezieht sich auf das maximale Motorausgangsdrehmoment, das für einen gegebenen Luftstrom generiert wird, wenn der Zündzeitpunkt vorverlegt wird, während der Verwendung von Kraftstoff mit einer höheren Oktanzahl als eine vorbestimmte Oktanzahl und der Verwendung von stöchiometrischem Kraftstoff. Der Zündzeitpunkt, bei dem dies am ehesten auftritt, wird als MBT-Zündzeitpunkt bezeichnet. Der optimale Zündzeitpunkt kann sich beispielsweise aufgrund von inkonstanter Kraftstoffqualität (Verwendung von Kraftstoff mit niedrigerer Oktanzahl) und Umweltfaktoren, wie z. B. Luftfeuchtigkeit, leicht vom MBT-Zündzeitpunkt unterscheiden. Das Motorausgangsdrehmoment beim optimalen Zündzeitpunkt kann daher niedriger als das MBT sein. Nur als Beispiel kann eine Tabelle mit optimalen Zündzeitpunkten, die mit bestimmten Motorbetriebsbedingungen einhergehen, während einer Kalibrierphase des Fahrzeugdesigns aufgestellt werden, und der optimale Wert wird aus der Tabelle basierend auf den gegenwärtigen Betriebsbedingungen ermittelt.
Die Zylinderabstell-Drehmomentanforderung 284 kann von dem Zylindersteuermodul 236 verwendet werden, um eine Sollanzahl von Zylindern zu ermitteln, um 287 zu deaktivieren. In verschiedenen Implementierungen kann zur Aktivierung eine Sollanzahl von Zylindern verwendet werden. Das Zylinderstellgliedmodul 120 aktiviert und deaktiviert die Ventile des Zylinders selektiv basierend auf der Sollanzahl 287.
Das Zylindersteuermodul 236 kann auch das Kraftstoffsteuermodul 240 anweisen, die Bereitstellung von Kraftstoff einzustellen zur Deaktivierung der Zylinder und kann das Zündsteuermodul 232 anweisen, die Bereitstellung von Zündung einzustellen zur Deaktivierung der Zylinder. Das Zündsteuermodul 232 kann die Bereitstellung von Zündung an einen Zylinder einstellen, wenn ein Kraftstoff-/Luftgemisch, das bereits im Zylinder vorhanden ist, verbrannt wurde.
Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann die Kraftstoffmenge, die jedem Zylinder bereitgestellt wird, basierend auf der Kraftstoffdrehmomentanforderung 285 variieren. Insbesondere kann das Kraftstoffsteuermodul 240 Kraftstoffzufuhr-Sollparameter 288 basierend auf der Kraftstoffdrehmomentanforderung 285 generieren. Die Kraftstoffzufuhr-Sollparameter 288 können beispielsweise die Kraftstoffsollmasse, den Einspritzstart-Sollzeitpunkt und die Sollanzahl von Kraftstoffeinspritzungen beinhalten.
Im Normalbetrieb kann das Kraftstoffsteuermodul 240 in einem luftbestimmten Modus arbeiten, in dem das Kraftstoffsteuermodul 240 bestrebt ist, ein stöchiometrisches Kraftstoff-/Luftverhältnis aufrechtzuerhalten, indem es die Kraftstoffzufuhr basierend auf dem Luftstrom steuert. So kann beispielsweise das Kraftstoffsteuermodul 240 eine Sollluftmasse ermitteln, bei der eine stöchiometrische Verbrennung erfolgt, wenn sie mit einer gegenwärtigen Luftmasse pro Zylinder (APC) kombiniert wird.
Unter Bezugnahme auf 3 beinhaltet das Luftsteuermodul 228 ein Drehmomentumwandlungsmodul 304, das die Luftdrehmomentanforderung 265 empfängt, die, wie vorstehend erörtert, ein Bremsmoment sein kann. Ein Drehmomentumwandlungsmodul 304 wandelt die Luftdrehmomentanforderung 265 in Basismoment um. Basismomente sind als das an der Kurbelwelle während des Motorbetriebs 102 mit einem Drehmomentmesser generierte Drehmoment bezeichnet, während der Motor 102 bei Betriebstemperatur ist und der Motor 102 nicht unter Drehmomentlasten durch Zubehör, wie eine Lichtmaschine oder ein Klimaanlagen-Kompressor, steht. Das Drehmomentumwandlungsmodul 304 wandelt die Luftdrehmomentanforderung 265 in eine Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 um, beispielsweise unter Verwendung von Zuordnung oder einer Funktion, die Bremsmomente Basismomenten zuordnet. Die aus der Umwandlung in Basismoment resultierende Drehmomentanforderung wird hierin als Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 bezeichnet.
Ein modellprädiktives Steuer-(MPC)-Modul 312 generiert fünf Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270 unter Verwendung eines modellprädiktiven Steuerschemas. Die fünf Zielwerte sind: Ladedrucksteuerventil-Sollwert 266, Drossel-Sollwert 267, AGR-Sollwert 268, Einlassnockenversteller-Winkelsollwert 269 und Auslassnockenversteller-Winkelsollwert 270.
Ein Sequenzbestimmungsmodul 316 bestimmt mögliche Sequenzen von Sollwerten, die zusammen während der künftigen N Steuerschleifen genutzt werden könnten. Jede der vom Sequenzbestimmungsmodul 316 bestimmten möglichen Sequenzen beinhaltet eine Sequenz von N Zielwerten. Genauer gesagt beinhaltet jede mögliche Sequenz eine Sequenz von N Werten für den zielwirksamen Ladedruckventil-Bereichsprozentsatz 266, eine Sequenz von N Werten für den prozentualen Sollwert des Drosselklappenöffnungsbereichs 267, eine Sequenz von N Werten für den maximalen Öffnungsbereich des AGR-Ventils 268, eine Sequenz von N Werten für die maximale Öffnungsstellung der Einlassnocke 269 und eine Sequenz von N Werten für die maximale Öffnungsstellung der Auslassnocke 270. Jeder der N Werte steht für einen entsprechenden Wert der künftigen N Regelkreise. N ist eine Ganzzahl größer oder gleich eins.
Ein Vorhersagemodul 323 bestimmt vorhergesagte Reaktionen des Motors 102 auf die möglichen Sequenzen der Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270 jeweils basierend auf einem mathematischen Modell 324 des Motors 102, Hilfseingaben 328 und Feedbackeingaben 330. Insbesondere generiert das Voraussagemodul 323 basierend auf einer möglichen Sequenz der Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270, den Hilfseingaben 328 und den Feedbackeingaben 330 unter Verwendung des Modells 324 eine Sequenz von N-vorausgesagtem Drehmoment des Motors 102 für N Regelkreise, eine Sequenz von N-vorausgesagten Luft-pro-Zylinder-Werte für N Regelkreise, eine Sequenz von N-vorausgesagten Mengen an externer Verwässerung für N Regelkreise, eine Sequenz von N-vorausgesagten Mengen an Restverwässerung für N Regelkreise, eine Sequenz von N-vorausgesagten Verbrennungsphasenverstellerwerten für N Regelkreise und eine Sequenz von N-vorausgesagten Verbrennungsqualitätswerten für N Regelkreise.
Während ein Beispiel des Generierens des vorhergesagten Drehmoments, vorhergesagter APC, des vorhergesagten Fangverhältnisses, der vorhergesagten Verbrennungs-Phasenverstellung und vorhergesagten Verbrennungsqualität beschrieben wird, können die vorhergesagten Parametern einen oder mehrere vorhergesagte Motorbetriebsparameter beinhalten. So kann z. B. ein Effizienzparameter anstelle der vorhergesagten APC vorhergesagt werden und der Effizienzparameter kann ein vorhergesagtes Drehmoment geteilt durch die vorhergesagten APC sein.
Das Modell 324 kann beispielsweise eine oder mehrere Funktionen oder eine Zuordnung beinhalten, kalibriert basierend auf Eigenschaften des Motors 102. In diesem Zusammenhang bezieht sich die Verwässerung auf eine Abgasmenge aus einer vorherigen Verbrennung, die bei einer Verbrennung in einem Zylinder bleibt. Die externe Verwässerung bezieht sich auf Abgas, das über das AGR-Ventil 170 zur Verbrennung eingeleitet wird. Residuelle Verwässerung (auch als interne Verwässerung bezeichnet) bezieht sich auf Abgas, das in einem Zylinder verbleibt, oder Abgas, das nach dem Auslasshub eines Verbrennungstakts in den Zylinder zurückgedrückt wird. Spülluft kann sich auf das Phänomen beziehen, dass angesaugte Luft in Einlassventile und Auslassventile fließt und dann durch den Ansaugtakt, der durch einen positiven Druckgradienten entsteht, zwischen den Einlass- und Auslassventilen austritt. Das Fangverhältnis kann sich auf das Verhältnis zwischen während des Ansaugtaktes in einem Zylinder gefangener Luft und der Gesamtmenge an Luft, die während des gleichen Ansaugtaktes durch alle Einlassventile fließt, beziehen.
Verbrennungsphasenverstellung kann sich auf eine Kurbelwellenstellung beziehen, bei der eine vorbestimmte eingespritzte Kraftstoffmenge in einem Zylinder verbrennt, im Verhältnis zu einer vorbestimmten Kurbelwellenstellung für die Verbrennung der vorbestimmten eingespritzten Kraftstoffmenge. So kann beispielsweise die Verbrennungsphasen-Verstellung als CA50 im Verhältnis zu einem vorbestimmten CA50 ausgedrückt werden. CA50 kann sich auf einen Kurbelwellenwinkel (CA) beziehen, bei dem 50 Prozent einer Masse eingespritzten Kraftstoffs in einem Zylinder verbrannt wurden. Der vorbestimmte CA50 kann einem CA50 entsprechen, bei dem eine maximale Menge an Arbeit mit dem eingespritzten Kraftstoff verrichtet wird, und kann in verschiedenen Implementierungen ungefähr bei 8,5 liegen - ungefähr 10 Grad nach dem TDC (oberen Totpunkt). Während die Verbrennungsphasenverstellung anhand der CA50-Werte erörtert wird, kann ein anderer passender, für die Verbrennungsphasenverstellung aussagekräftiger Parameter verwendet werden. Außerdem kann ein anderer passender, für die Verbrennungsqualität aussagekräftiger Parameter angewendet werden, während die Verbrennungsqualität als Variationskoeffizient (COV) des angezeigten mittleren Effektivdrucks (IMEP) erörtert wird.
Die gemessenen Störungen 328 können Parameter beinhalten, die nicht direkt vom Drosselventil 112, Turbolader, Einlassnockenversteller 148 und dem Auslassnockenversteller 150 beeinflusst werden. Die gemessenen Störungen 328 können z. B. skalierte Motordrehzahl, IAT, CA50, Zylinderdeaktivierungs-Zustand und/oder einen oder mehrere weitere Parameter beinhalten.
Die Rückkopplungs-Eingaben 330 können beispielsweise einen normalisierten Luftdrehmoment mit durch Klopfen begrenztem Funken des Motors 102, ein geschätztes oder gemessenes Fangverhältnis, auf barometrischen Druck normalisierten Ansaugkrümmerdruck 184, normalisierten durchschnittlichen effektiven Pumpendruck (PMEP) und/oder einen oder mehrere passende Parameter beinhalten. Die Rückkoppelungs-Eingaben 330 können mit Sensoren (z.B. MAP) gemessen werden und/oder basierend auf einem oder mehreren weiteren Parametern geschätzt werden.
Jede der vom Sequenzbestimmungsmodul 316 bestimmten möglichen Sequenzen beinhaltet eine Sequenz von N Werten für jeden der Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270. Mit anderen Worten beinhaltet jede mögliche Sequenz eine Sequenz von N Werten für den Ladedrucksteuerventil-Sollöffnungsbereich 266, eine Sequenz von N Werten für den Soll-Drosselöffnungsbereich 267, eine Sequenz von N Werten für den AGR-Sollöffnungsbereich 268, eine Sequenz von N Werten für den Soll-Einlassnockenverstellerwinkel 269 und eine Sequenz von N-Werten für den Soll-Auslassnockenverstellerwinkel 270. Jeder der N Werte steht für einen entsprechenden Wert der künftigen N Regelkreise. N ist eine Ganzzahl größer oder gleich eins.
Ein Kostenmodul 332 ermittelt einen Kostenwert für jede der möglichen Sequenzen der Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270 basierend auf den vorhergesagten Parametern, die für eine mögliche Sequenz und Ausgabereferenzwerte 356 ermittelt wurden. Eine Beispiel-Kostenbestimmung wird weiter unten erörtert.
Ein Auswahlmodul 344 wählt eine der möglichen Sequenzen der Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270 basierend auf den jeweiligen Kosten der möglichen Sequenzen aus. So kann beispielsweise das Auswahlmodul 344 diejenige mögliche Sequenz mit den geringsten Kosten auswählen, die gleichzeitig die Stellgliedeinschränkungen 348 und die Ausgabeeinschränkungen erfüllt 352.
Die Erfüllung der Stellgliedeinschränkungen 348 und Ausgabeeinschränkungen können bei der Kostenbestimmung in Betracht gezogen werden. Mit anderen Worten kann das Kostenmodul 332 die Kostenwerte weiter basierend auf den Stellgliedeinschränkungen 348 und Ausgabeeinschränkungen 352 bestimmen. Wie weiter unten ausführlicher erörtert, wird das Auswahlmodul 344 je nachdem, wie die Kostenwerte ermittelt werden, diejenige der möglichen Sequenzen auswählen, die bei gleichzeitiger Minimierung des APC am besten die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 erfüllt, vorbehaltlich der Stellgliedeinschränkungen 348 und Ausgabeeinschränkungen 352.
Das Auswahlmodul 344 stellt die Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270 auf die jeweils ersten N Werte der ausgewählten möglichen Sequenz ein. Mit anderen Worten setzt das Auswahlmodul 344 den Ladedrucksteuerventil-Sollöffnungsbereich 266 auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Ladedrucksteuerventil-Sollöffnungsbereich 266, den Soll-Drosselöffnungsbereich 267 auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Soll-Drosselöffnungsbereich 267, den AGR-Sollöffnungsbereich 268 auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den AGR-Sollöffnungsbereich 268, den Soll-Einlassnockenverstellerwinkel 269 auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Soll-Einlassnockenverstellerwinkel 269 und den Soll-Auslassnockenverstellerwinkel 270 auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Soll-Auslassnockenverstellerwinkel 270.
In einem nächsten Regelkreis identifiziert das MPC-Modul 312 mögliche Sequenzen, generiert die vorausgesagten Parameter für die möglichen Sequenzen, ermittelt die Kosten für jede der möglichen Sequenzen, wählt eine der möglichen Sequenzen aus und setzt die Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270 auf die ersten Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270 in der ausgewählten möglichen Sequenz. Dieser Prozess wird für jeden Regelkreis fortgesetzt.
Ein Stellgliedeinschränkungsmodul 360 stellt die Stellgliedeinschränkungen 348 für jeden der Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270 ein. Das heißt, das Stellgliedeinschränkungsmodul 360 setzt Stellgliedeinschränkungen für das Drosselventil 112, Stellgliedeinschränkungen für das AGR-Ventil 170, Stellgliedeinschränkungen für das Ladedrucksteuerventil 162, Stellgliedeinschränkungen für den Einlassnockenversteller 148 und Stellgliedeinschränkungen für den Auslassnockenversteller 150.
Die Stellgliedeinschränkungen 348 für jeden der Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270 können einen Maximalwert für einen verbundenen Sollwert und einen Mindestwert für diesen Sollwert beinhalten. Das Stellgliedeinschränkungsmodul 360 kann die Stellgliedeinschränkungen 348 im Allgemeinen für die verbundenen Stellglieder auf eine im Voraus ermittelte Betriebsbereiche setzen. Insbesondere kann das Stellgliedeinschränkungsmodul 360 die Stellgliedeinschränkungen 348 im Allgemeinen auf im Voraus ermittelte Betriebsbereiche jeweils für das Drosselventil 112, das EGR-Ventil 170, das Ladedruckregelventil 162, den Einlassnocken-Phasenversteller 148 und den Auslassnocken-Phasenversteller 150 setzen.
In bestimmten Implementierungen passt das Stellgliedeinschränkungsmodul 360 eine oder mehrere Stellgliedeinschränkungen 348 unter bestimmten Umständen selektiv an. So passt beispielsweise das Stellgliedeinschränkungsmodul 360 in einer bestimmten Implementierung die Stellgliedeinschränkungen für ein gegebenes Stellglied an, um den Betriebsbereich für dieses Motorstellglied einzugrenzen, wenn in diesem Motorstellglied ein Fehler festgestellt wird. In einer anderen Implementierung stellt das Stellgliedeinschränkungsmodul 360 die Stellgliedeinschränkungen so ein, dass der Sollwert für ein gegebenes Stellglied einem im Voraus ermittelten Zeitplan oder Änderungen um einen im Voraus ermittelten Betrag zu folgen, beispielsweise für eine Fehlerdiagnose, wie eine Nockenwellenversteller-Fehlerdiagnose, eine Drosseldiagnose, eine AGR-Diagnose usw. Damit ein Sollwert über einen bestimmten Zeitraum einen im Voraus ermittelten Zeitplan befolgt oder um einen im Voraus bestimmten Betrag ändert, kann das Stellgliedeinschränkungsmodul 360 auch die Mindest- und Höchstwerte auf einen selben Wert einstellen. Die auf denselben Wert gesetzten Minimal- und Maximalwerte können verlangen, dass der entsprechende Sollwert auf denselben Wert wie die Minimal- und Maximalwerte gesetzt wird. Das Stellgliedeinschränkungsmodul 360 kann denselben Wert, auf den die Minimal- und Maximalwerte mit der Zeit gesetzt sind, so variieren, dass der Sollwert einem im Voraus ermittelten Zeitplan folgt.
Ein Ausgabeeinschränkungsmodul 364 setzt die Ausgabeeinschränkungen 352 für die vorausgesagte Drehmomentausgabe des Motors 102, den vorausgesagten CA50, den vorausgesagten COV des IMEP, der vorausgesagten Restverwässerung und der vorausgesagten externen Verwässerung. Die Ausgabeeinschränkungen 352 für jeden vorausgesagten Wert können einen Maximalwert für einen verbundenen vorausgesagten Parameter und einen Minimalwert für diesen vorausgesagten Parameter beinhalten. So können beispielsweise die Ausgabeeinschränkungen 352 ein Minimaldrehmoment, ein Maximaldrehmoment, einen minimalen CA50 und einen maximalen CA50, einen minimalen IMEP-COV und einen maximalen IMEP-COV, eine minimale Restverwässerung und eine maximale Restverwässerung und eine minimale externe Verwässerung und eine maximale externe Verwässerung beinhalten.
In verschiedenen Implementierungen setzt das Ausgabeeinschränkungsmodul 364 im Allgemeinen die jeweiligen Ausgabeeinschränkungen 352 auf vorbestimmte Bereiche für die verbundenen vorausgesagten Parameter. Das Ausgabeeinschränkungsmodul 364 kann jedoch eine oder mehrere Ausgabeeinschränkungen 352 unter bestimmten Voraussetzungen variieren. So kann beispielsweise das Ausgabeeinschränkungsmodul 364 den maximalen CA50 verzögern, wenn Klopferscheinungen im Motor 102 auftreten. Für ein weiteres Beispiel kann das Ausgabeeinschränkungsmodul 364 den maximalen IMEP-COV unter niedrigen Lastbedingungen, wie im Motorleerlauf erhöhen, wenn ein höherer IMEP-COV erforderlich sein kann, um eine gegebene Drehmomentanforderung zu erzielen.
Ein Referenzmodul 368 erzeugt die Referenzwerte 356 für die jeweiligen Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270. Die Referenzwerte 356 beinhalten eine Referenz für jeden der Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270. Mit anderen Worten beinhalten die Referenzwerte 356 eine Referenz für den Ladedruckregelventil-Öffnungsquerschnitt, eine Referenz für den Drossel-Öffnungsquerschnitt, eine Referenz für den AGR-Ventil-Öffnungsquerschnitt, eine Referenz für den Einlassnockenverstellerwinkel 269 und eine Referenz für den Auslassnockenverstellerwinkel 270.
Das Voraussageneinschränkungsmodul 368 kann die Referenzwerte 356 beispielsweise ausgehend von der Luftdrehmomentanforderung 265, der Basisdrehmomentanforderung 308 und/oder einem oder mehreren passenden Parametern ermitteln. Die Referenzwerte 356 stellen Referenzen zum Setzen der jeweiligen Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270 bereit. The Referenzwerte 356 können benutzt werden, um die Kostenwerte für mögliche Sequenzen zu ermitteln. Die Referenzwerte 356 können auch aus einem oder mehreren anderen Gründen verwendet werden, wie vom Sequenzbestimmungsmodul 316 zum Ermitteln möglicher Sequenzen.
Das MPC-Modul 312 ermittelt die Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270 unter Verwendung eines Lösers für quadratische Programme (QP), wie des Dantzig QP-Lösers. So kann beispielsweise das MPC-Modul 312 eine Oberfläche von Kostenwerten für die möglichen Sequenzen der Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270 erzeugen und basierend auf der Steigung der Kostenoberfläche einen Satz möglicher Sollwerte mit den niedrigsten Kosten identifizieren. Das MPC-Modul 312 prüft dann diesen Satz möglicher Sollwerte, um zu bestimmen, ob der Satz möglicher Sollwerte die Stellgliedeinschränkungen 348 und die Ausgabeeinschränkungen 352 erfüllen wird. Das MPC-Modul 312 wählt den Satz möglicher Sollwerte mit den geringsten Kostenwerten aus, während die Stellgliedeinschränkungen 348 und die Ausgabeeinschränkungen 352 erfüllt werden.
Das Kostenmodul 332 ermittelt die Kosten für die möglichen Sequenzen der Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270 basierend auf Beziehungen zwischen: dem vorausgesagten Drehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308; der vorhergesagten APC und Null; den möglichen Sollwerten und den jeweiligen Stellgliedeinschränkungen 348; den anderen vorhergesagten Parametern und den jeweiligen Ausgabeeinschränkungen 352; und den möglichen Sollwerten und den jeweiligen Referenzwerten 356.
Im Betrieb ermittelt das MPC-Modul 312 die Kostenwerte für die möglichen Sequenzen. Das MPC-Modul 312 wählt dann eine der möglichen Sequenzen mit den geringsten Kosten aus. Das MPC-Modul 312 ermittelt auch, ob die ausgewählte mögliche Sequenz die Stellgliedeinschränkungen 348 erfüllt. Wenn dies der Fall ist, wird die mögliche Sequenz verwendet. Wenn nicht, ermittelt das MPC-Modul 312 basierend auf der ausgewählten möglichen Sequenz eine mögliche Sequenz, die die Stellgliedbeschränkungen 348 erfüllt und die geringsten Kosten aufweist.
In verschiedenen Implementierungen setzt das Stellgliedbeschränkungsmodul 360 die Stellgliedgrenzen oder -einschränkungen für ein gegebenes Stellglied, um einem vorbestimmten Plan zu folgen, der von Betriebsbedingungen des Motors 102 wie Geschwindigkeit, Last und Umgebungsbedingungen abhängt.
Das Vorhersagemodul 323 kann z. B. die vorhergesagten Parameter für eine gegebene Sequenz von möglichen Sollwerten basierend auf folgende Beziehung erzeugen: $\begin{array}{l} x (k + 1) = A x (k) + B u (k); und \\ y (k) = C x (k), \end{array}$
wobei x(k+1) ein Vektor mit Einträgen ist, welche die Zustände des Motors 102 für einen nächsten Regelkreis k+1 anzeigen, A eine Matrix ist, die konstante Werte beinhaltet, die basierend auf den Eigenschaften des Motors 102 kalibriert sind, x(k) ein Vektor mit Einträgen ist, welche die Zustände des Motors 102 für den k-ten Regelkreis anzeigen, B eine Matrix mit konstanten Werten ist, die basierend auf den Eigenschaften des Motors 102 kalibriert sind, u(k) ein Vektor ist, der Einträge für die möglichen Sollwerte für den k-ten Regelkreis beinhaltet, y(k) ein Vektor ist, der die vorhergesagten Parameter für den k-ten Regelkreis beinhaltet, und C eine Matrix ist, die konstante Werte beinhaltet, die basierend auf den Eigenschaften des Motors 102 kalibriert wurden. Der während des k-ten Regelkreises bestimmte Vektor x(k+1) wird als Vektor x(k) für den nächsten Regelkreis k+1 verwendet.
Die Beziehungen könnten auch wie folgt geschrieben werden: $\begin{array}{l} x (k) = A x (k - 1) + B u (k - 1); und \\ y (k) = C x (k), \end{array}$
wobei k ein Regelkreis ist, x(k-1) ein Vektor mit Einträgen, welche die Zustände des Motors 102 für einen letzten Regelkreis anzeigen, A eine Matrix ist, die konstante Werte beinhaltet, die basierend auf den Eigenschaften des Motors 102 kalibriert sind, x(k) ein Vektor mit Einträgen ist, welche die Zustände des Motors 102 für den k-ten Regelkreis anzeigen, B eine Matrix mit konstanten Werten ist, die basierend auf den Eigenschaften des Motors 102 kalibriert sind, u(k-1) ein Vektor ist, der Einträge für die möglichen Sollwerte für den letzten Regelkreis k-1 ist.
Das Vorhersagemodul 323 erzeugt die vorhergesagten Parameter für jeden der M der N künftigen Regelkreise, wobei M eine ganze Zahl ist, die größer als Null und kleiner oder gleich N ist (d. h. k=0, 1,... M). Mit anderen Worten kann die Anzahl der Regelkreise, für die die vorhergesagten Parameter ermittelt werden, kleiner als oder gleich der Anzahl der Regelkreise in den Sollwerten sein.
Wenn die Solleinschränkungen 348 nicht erfüllt sind, wählt das MPC-Modul 312 eine andere Sequenz möglicher Sollwerte mit den zweitniedrigsten Kosten und prüft diese Sequenz möglicher Sollwerte auf Erfüllung der Solleinschränkungen 348. Das Verfahren der Auswahl einer Sequenz und das Prüfen der Sequenz auf Erfüllung der Stellantriebs-Einschränkungen 348 kann als eine Iteration bezeichnet werden. In jedem Regelkreis können mehrfache Iterationen ausgeführt werden.
Das MPC-Modul 312 führt Iterationen aus, bis eine Sequenz mit den geringsten Kosten, die die Stellantriebs-Einschränkungen 348 erfüllt, identifiziert ist. Auf diese Weise wählt das MPC-Modul 312 die Sequenz möglicher Sollwerte mit den geringsten Kosten aus, die den Solleinschränkungen 348 und den Vorhersage-Einschränkungen 352 entspricht. Falls eine Sequenz nicht identifiziert werden kann, kann das MPC-Modul 312 anzeigen, dass keine Lösung verfügbar ist.
Das Kostenmodul 332 kann die Kosten für die möglichen Sequenzen der Sollwerte 266, 267, 268, 269, 270 ermitteln, auf der Grundlage der Beziehungen zwischen: dem vorhergesagten Drehmoment und den DrehmomentAnforderungen; den möglichen Sollwerten und den entsprechenden Solleinschränkungen 348; den vorhergesagten Parametern und den entsprechenden Vorhersage-Einschränkungen 352; sowie den möglichen Sollwerten und den entsprechenden Referenzwerten 356. Die Beziehungen können gewichtet werden, beispielsweise um die Auswirkungen der einzelnen Beziehungen auf die Kosten zu kontrollieren.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die skalierte Motordrehzahl (hierin auch als Drehzahlwert bezeichnet), die als einer der Nebeneingänge 328 beschrieben wird, ein vorhergesagter Drehzahlwert sein. In einer exemplarischen Ausführungsform kann der vorhergesagte Drehzahlwert unter Verwendung der Regression der kleinsten Quadrate berechnet werden, um die Steigung und den Schnittpunkt einer am besten geeigneten Geraden zu berechnen, die durch eine Vielzahl der aktuellsten Motordrehzahlwerte bestimmt wird, und um einen zukünftigen Drehzahlwert basierend auf der berechneten Steigung und dem Schnittpunkt vorherzusagen.
Unter Bezugnahme auf 4 wird eine Grafik 400 der Motordrehzahl im Verhältnis zur Zeit dargestellt. Die Motordrehzahl (U/min) wird gegen die vertikale Achse 410 und die Zeit gegen die horizontale Achse 412 aufgetragen. Eine durch die senkrechte Linie 414 dargestellte Zeit stellt den Zeitpunkt der letzten Drehzahlmessung dar, wobei der Bereich 416 links von der Linie 414 vergangene Ereignisse und der Bereich 418 rechts von der Linie 414 zukünftige Ereignisse darstellt. Die Grafik 400 beinhaltet auch die Zeiten 420, 422, 424, zu welchen vergangene Drehzahlmessungen durchgeführt wurden, und die Zeiten 426, 428 und 430, welche in der Zukunft relativ zum Zeitpunkt 414 liegen, zu welchem die letzte Drehzahlmessung durchgeführt wurde. Der Punkt 432 stellt die letzte Drehzahlmessung dar, die zu dem in der Zeile 414 angegebenen Zeitpunkt gemessen wurde. Der Punkt 434, der zum Zeitpunkt 424 auftritt, stellt die letzte Drehzahlmessung vor der Messung am Punkt 432 dar. Der Punkt 436, der zum Zeitpunkt 422 auftritt, stellt die Drehzahlmessung unmittelbar vor der Messung am Punkt 434 dar. Der Punkt 438, der zum Zeitpunkt 420 auftritt, stellt die Drehzahlmessung unmittelbar vor der Messung am Punkt 436 dar.
Bei fortgesetzter Bezugnahme auf 4 repräsentiert das durchgezogene Liniensegment 440 eine gerade Linie der Form $r p m = b \times t + a$
In dieser Gleichung steht t für Zeit, b für einen Steigungswert und a für einen Schnittwert. Die Begriffe b und a sind aus den Beziehungen berechnete Regressionskoeffizienten: $\begin{matrix} b = \frac{n * Σ (x_{i} * y_{i}) - Σ x_{i} * Σ y_{i}}{n * Σ x_{i}^{2} - {(Σ x_{i})}^{2}} \\ a = \tilde{y} - b \tilde{x} \end{matrix}$
wobei jedes yi eine Drehzahlmessung an einem der Punkte 432, 434, 436, 438 darstellt, jedes xi die Zeit 414, 424, 422, 420 entsprechend den Punkten 432, 434, 436, 438 darstellt und n die Anzahl der in der Regression verwendeten Datenpunkte darstellt. In dem in 4 dargestellten Beispiel ist n gleich 4. Das Liniensegment 440 stellt die Gerade dar, die am besten die letzten n U/min-Messwerte an den Punkten 432, 434, 436, 438 beschreibt, die mit einfachen linearen Regressionstechniken berechnet wurden.
In Fortführung von 4 ist das gestrichelte Liniensegment 442 eine Fortsetzung des durchgezogenen Regressionsliniensegments 440, d. h. das gestrichelte Liniensegment 442 kann durch die gleiche Gleichung wie das durchgezogene Regressionsliniensegment 440 beschrieben werden. Unter dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein unmittelbar nächster prognostizierter Drehzahlwert als der Punkt 444 berechnet, der auf die Fortsetzung 442 der Regressionsgeraden zum ersten zukünftigen Berechnungszeitpunkt 426 fällt. Der prognostizierte Drehzahlwert am Punkt 444 kann im MPC-Modul 312 verwendet werden, um vorhergesagte Parameter für mögliche Sollwerte zu einer ersten zukünftigen Vorhersagezeit zu berechnen. Gleichermaßen wird ein nachfolgender Drehzahlprojektionswert als der Punkt 446 berechnet, der auf die Fortsetzung 442 der Regressionsgeraden zur zweiten zukünftigen Berechnungszeit 428 fällt, und ein weiterer nachfolgender Drehzahlprojektionswert als der Punkt 448, der auf die Fortsetzung 442 der Regressionsgeraden 440 zur dritten zukünftigen Berechnungszeit 430 fällt.
In einem zuvor vorgestellten Beispiel wurde das Vorhersagemodul 323 beschrieben als erzeugend für die vorhergesagten Parameter für eine gegebene Sequenz von möglichen Sollwerten basierend auf folgenden Beziehungen: $\begin{array}{l} x (k + 1) = A x (k) + B u (k); und \\ y (k) = C x (k), \end{array}$
wobei x(k+1) ein Vektor mit Einträgen ist, welche die Zustände des Motors 102 für einen nächsten Regelkreis k+1 anzeigen, A eine Matrix ist, die konstante Werte beinhaltet, die basierend auf den Eigenschaften des Motors 102 kalibriert sind, x(k) ein Vektor mit Einträgen ist, welche die Zustände des Motors 102 für den k-ten Regelkreis anzeigen, B eine Matrix mit konstanten Werten ist, die basierend auf den Eigenschaften des Motors 102 kalibriert sind, u(k) ein Vektor ist, der Einträge für die möglichen Sollwerte für den k-ten Regelkreis beinhaltet, y(k) ein Vektor ist, der die vorhergesagten Parameter für den k-ten Regelkreis beinhaltet, und C eine Matrix ist, die konstante Werte beinhaltet, die basierend auf den Eigenschaften des Motors 102 kalibriert wurden.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung können zukünftige Drehzahlwerte basierend auf der Extrapolation entlang der Regressionslinie 440 der kleinsten Quadrate anstelle eines Drehzahlwerts, der ausschließlich auf der aktuellsten Drehzahlmessung basiert, vom Vorhersagemodul als Angaben verwendet werden, welche die Drehzahl bei der Erzeugung der vorhergesagten Parameter für eine gegebene Folge von möglichen Sollwerten angeben. Mit anderen Worten, ein erster projizierter zukünftiger Drehzahlwert rpm(k+1), dargestellt als Punkt 444 in 4, kann als Eingang für das Vorhersagemodul 323 verwendet werden, um Motorzustände für den ersten zukünftigen Regelkreis (k+1) zu projizieren. Gleichermaßen kann ein zweiter projizierter zukünftiger Drehzahlwert rpm(k+2), dargestellt als Punkt 446 in 4, als Eingang für das Vorhersagemodul 323 verwendet werden, um Motorzustände für den zweiten zukünftigen Regelkreis (k+2) zu projizieren.
Es wird darauf hingewiesen, dass die in 4 dargestellte Regression der kleinsten Quadrate eine lineare Projektion 442 der zukünftigen Drehzahlwerte 444, 448, 448 ergibt. Vorteilhaft ist, dass eine geradlinige Projektion eine verbesserte Drehzahlschätzung für zukünftige Regelkreise ermöglicht, ohne übermäßige Rechen- und Speicheranforderungen an das ECM zu stellen. Zusätzlich verhindert eine lineare Projektion unerwünschte Effekte, die sich aus der „Überanpassung“ der verfügbaren Daten an ein Polynom höherer Ordnung ergeben können. Es ist wünschenswert, mindestens drei aktuelle Drehzahlmessungen in die Analyse einzubeziehen, um die Koeffizienten der Regressionsgeraden 440 zu bestimmen, anstatt nur aus den letzten beiden Messungen zu extrapolieren, um zu verhindern, dass zufälliges Rauschen, das eine einzelne Drehzahlmessung beeinflussen könnte, eine übertriebene Auswirkung auf die berechnete Steigung und den Schnitt der Regressionsgeraden 440 hervorruft.
Die vorhergehende Beschreibung ist rein illustrativ und soll die vorliegende Offenbarung sowie ihre Ausführungen oder Verwendungen keineswegs einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in zahlreichen Formen umgesetzt werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung also bestimmte Beispiele beinhaltet, ist der eigentliche Umfang der Offenbarung hierdurch in keiner Weise eingeschränkt und weitere Modifikationen gehen aus dem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und den folgenden Patentansprüchen hervor. Der Ausdruck „mindestens A, B oder C“, so wie er hier verwendet wird, bedeutet (A ODER B ODER C), das heißt, es handelt sich um ein nicht-exklusives logisches ODER und bedeutet nicht „mindestens A, mindestens B und mindestens C.“ Es sei darauf hingewiesen, dass einer oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
In dieser Anwendung kann einschließlich der folgenden Definitionen der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Steuerung“ ggf. durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. Der Begriff „Modul“ kann auf Folgendes verweisen bzw. Teil von Folgendem sein oder Folgendes beinhalten: einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); eine Prozessorschaltung (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die Code ausführt; eine Memory-Schaltung (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die einen von der Prozessorschaltung ausgeführten Code speichert; andere geeignete Hardware-Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination von einigen oder allen der oben genannten, wie zum Beispiel in einem System-on-Chip.
Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen beinhalten. In einigen Beispielen können die Schnittstellenschaltungen kabelgebundene oder - lose Schnittstellen beinhalten, die mit einem lokalen Netzwerk (LAN), dem Internet, einem Weitverkehrsnetz (WAN) oder Kombinationen hier aus verbunden sind. Die Funktionalität der in vorliegender Offenbarung genannten Module kann auf mehrere Module verteilt werden, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind. So können zum Beispiel mehrere Module einen Lastenausgleich zulassen. In einem anderen Beispiel können von einem Servermodul (z. B. Remote-Server oder Cloud) ermittelte Funktionen eines Client-Moduls übernommen werden.
Der Begriff Code, wie oben verwendet, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode beinhalten und auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte verweisen. Der Begriff „gemeinsame Prozessorschaltung“ bezieht sich auf eine einzelne Prozessorschaltung, die ermittelten oder vollständigen Code von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff „gruppierte Prozessorschaltung“ bezieht sich auf eine Prozessorschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Prozessorschaltungen ermittelten oder vollständigen Code von ggf. mehreren Modulen ausführt. Verweise auf mehrere Prozessorschaltungen umfassen mehrere Prozessorschaltungen auf diskreten Matrizen, mehrere Prozessorschaltungen auf einer einzelnen Scheibe, mehrere Kerne auf einer einzelnen Prozessorschaltung, mehrere Threads einer einzelnen Prozessorschaltung oder eine Kombination der oben genannten. Der Begriff „gemeinsame Memory-Schaltung“ bezieht sich auf eine einzelne Memory-Schaltung, die ermittelten oder vollständigen Code von mehreren Modulen speichert. Der Ausdruck „gruppierte Memory-Schaltung“ bezieht sich auf eine Memory-Schaltung, die in Kombination mit zusätzlichem Speicher ermittelte oder vollständige Codes von ggf. mehreren Modulen speichert.
Der Begriff Memory-Schaltung ist dem Begriff computerlesbares Medium untergeordnet. Der Begriff „computerlesbares Medium“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich nicht auf flüchtige elektrische oder elektromagnetische Signale, die sich in einem Medium ausbreiten (z. B. im Falle einer Trägerwelle); der Ausdruck „computerlesbares Medium“ ist daher als konkret und nichtflüchtig zu verstehen. Nicht einschränkende Beispiele eines nichtflüchtigen konkreten computerlesbaren Mediums sind nichtflüchtige Memory-Schaltungen (z. B. Flash-Memory-Schaltungen, löschbare programmierbare ROM-Schaltungen oder Masken-ROM-Schaltungen), flüchtige Memory-Schaltungen (z. B. statische oder dynamische RAM-Schaltungen), magnetische Speichermedien (z. B. analoge oder digitale Magnetbänder oder ein Festplattenlaufwerk) und optische Speichermedien (z. B. CD, DVD oder Blu-ray).
Die im Rahmen dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig mit einem speziellen Computer, der für die Ausführung ermittelter Computerprogrammfunktionen konfiguriert ist, implementiert werden. Die weiter oben beschriebenen Funktionsblöcke und Ablaufdiagramm-Elemente dienen als Softwarespezifikationen, die von entsprechend geschulten Technikern oder Programmierern in Computerprogramme umgesetzt werden können.
Die Computerprogramme beinhalten prozessorausführbare Anweisungen, die auf zumindest einem nicht-flüchtigen, konkreten, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können ebenfalls gespeicherte Daten enthalten oder auf gespeicherten Daten basieren. Die Computerprogramme können ein Basic-Input-Output-System (BIOS) umfassen, das mit der Hardware des speziellen Computers zusammenwirkt, Vorrichtungstreiber, die mit ermittelten Vorrichtungen des speziellen Computers, einem oder mehreren Betriebssystemen, Benutzeranwendungen, Hintergrunddiensten, im Hintergrund laufenden Anwendungen usw. zusammenwirken.
Die Computerprogramme können Folgendes beinhalten: (i) beschreibenden Text, der gegliedert wird, wie z. B. HTML (Hypertext Markup Language) oder XML (Extensible Markup Language), (ii) Assembler Code, (iii) Objektcode, der von einem Quellcode durch einen Compiler erzeugt wurde, (iv) Quellcode für die Ausführung von einem Dolmetscher, (v) Quellcode für die Kompilierung und Ausführung von einem Just-in-Time-Compiler usw. Nur exemplarisch kann der Quellcode unter Verwendung von Syntax aus Sprachen, wie C, C++, C#, Objective C, Haskeil, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5, Ada, ASP (Active Server Pages), PHP, Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic®, Lua und Python®, geschrieben werden.

Claims

Motorsteuerungssystem für ein Fahrzeug, Folgendes umfassend: ein Modell prädikatives Steuerungs-(MPC)-Modul, das: Sätze möglicher Sollwerte basierend auf einer Motordrehmomentanforderung identifiziert; vorhergesagte Betriebsparameter für die Sätze möglicher Sollwerte ermittelt; Kostenwerte für die Sätze möglicher Sollwerte ermittelt; einen der Sätze möglicher Sollwerte basierend auf den Kostenwerten auswählt und Sollwerte basierend auf den möglichen Sollwerten des ausgewählten der Sätze setzt; und ein erstes Stellgliedmodul, das ein erstes Motorstellglied basierend auf einem ersten der Sollwerte steuert;dadurch gekennzeichnet , dass das MPC-Modul mindestens einen der vorhergesagten Betriebsparameter zu einem zukünftigen Zeitpunkt basierend auf einem vorhergesagten Wert der Motordrehzahl bestimmt, wobei der vorhergesagte Wert der Motordrehzahl basierend auf einer Vielzahl von aktuellen Motordrehzahlmessungen bestimmt wird; wobei der vorhergesagte Wert der Motordrehzahl durch Berechnen eines Satzes von linearen Regressionskoeffizienten unter Verwendung der Regression der kleinsten Quadrate aus der Vielzahl der aktuellen Motordrehzahlmessungen und unter Verwendung der linearen Regressionskoeffizienten bestimmt wird, um den vorhergesagten Wert der Motordrehzahl zum zukünftigen Zeitpunkt zu berechnen.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der aktuellen Motordrehzahlmessungen drei Drehzahlmessungen umfasst.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der aktuellen Motordrehzahlmessungen vier Drehzahlmessungen umfasst.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der Satz linearer Regressionskoeffizienten aus einer Steigung und einem Schnittpunkt besteht.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das MPC-Modul einen der Sätze möglicher Sollwerte weiterhin basierend auf vorbestimmten Bereichen für die Sollwerte auswählt.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 5, wobei das MPC-Modul: einen ersten der Sätze möglicher Sollwerte basierend auf einem ersten Kostenwert des ersten der Sätze identifiziert; bestimmt, ob die möglichen Sollwerte des ersten der möglichen Sätze innerhalb der vorgegebenen Bereiche liegen; einen zweiten der Sätze möglicher Sollwerte basierend auf einem zweiten Kostenwert des zweiten der Sätze identifiziert, wenn einer der möglichen Sollwerte des ausgewählten der Sätze außerhalb seines vorbestimmten Bereichs liegt; und der zweite der Sätze auswählt, wenn die möglichen Sollwerte des zweiten der Sätze jeweils innerhalb der vorbestimmten Bereiche liegen.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: ein Ladedruck-Stellgliedmodul zum Steuern der Öffnung eines Ladedruckregelventils eines Turboladers basierend auf einem zweiten der Sollwerte; und ein Phasen-Stellgliedmodul, das die Einlass- und Auslassventilphasenlage basierend auf dritten und vierten der Sollwerte steuert, wobei das erste Stellgliedmoduldas Öffnen einer Drosselklappe basierend auf dem ersten der Sollwerte steuert.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 7 weiterhin umfassend ein Abgasrückführungs-(AGR)-Stellgliedmodul, welches das Öffnen eines AGR-Ventils basierend auf einem fünften der Sollwerte steuert.
Motorsteuerungsverfahren für ein Fahrzeug, umfassend: die Verwendung eines modellprädiktiven Steuerungsmoduls (MPC): Identifizieren von Sätzen möglicher Sollwerte basierend auf einer Motordrehmomentanforderung; Bestimmen der vorhergesagten Betriebsparameter für die Sätze möglicher Sollwerte; Bestimmen von Kostenwerten für die Sätze möglicher Sollwerte; Auswählen von einem der Sätze möglicher Sollwerte basierend auf den Kostenwerten; und Einstellen der Sollwerte basierend auf den möglichen Sollwerten des ausgewählten der Sätze; Steuern eines ersten Motorstellglieds basierend auf einem ersten der Sollwerte; dadurch gekennzeichnet , dass der Schritt zum Bestimmen der vorhergesagten Betriebsparameter die Vorhersage eines Motordrehzahlwerts zu einem zukünftigen Zeitpunkt basierend auf einer Vielzahl von aktuellen Motordrehzahlmessungen und die Vorhersage eines Werts für mindestens einen der Betriebsparameter zum zukünftigen Zeitpunkt basierend auf dem vorhergesagten Wert der Motordrehzahl zum zukünftigen Zeitpunkt umfasst; wobei der vorhergesagte Wert der Motordrehzahl durch Berechnen eines Satzes von linearen Regressionskoeffizienten unter Verwendung der Regression der kleinsten Quadrate auf der Vielzahl der aktuellen Motordrehzahlmessungen und unter Verwendung der linearen Regressionskoeffizienten bestimmt wird.