DE102018123818A1

DE102018123818A1 - Linearisierter modellbasierter mpc-antriebsstrang

Info

Publication number: DE102018123818A1
Application number: DE102018123818.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Livshiz; Bharath PATTIPATI; Daniele Bernardini; Alberto Bemporad
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2038-09-27
Also published as: CN109572665B; US20190100217A1; US10358140B2; CN109572665A; DE102018123818B4

Abstract

Ein Antriebssystem, Steuersystem und Verfahren für die Optimierung einer Kraftstoffeffizienz, die modellprädiktive Steuersysteme verwenden, um eine Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte zu erzeugen und die Kosten für jeden Satz möglicher Sollwerte zu bestimmen, basierend auf Gewichtungswerten, einer Vielzahl von vorausgesagten Werten und einer Vielzahl von angeforderten Werten. Der Satz möglicher Sollwerte mit den geringsten Kosten wird bestimmt. Ein angeforderter linearisierter Achsdrehmoment-Wert und ein gemessener linearisierter Achsdrehmoment-Wert werden durch Subtrahieren einer geschätzten Störung erstellt. Die geschätzte Störung wird bestimmt, basierend auf einem Modell einer Beziehung zwischen einem gemessenen Motorausgangsdrehmoment und einem gemessenen Übersetzungsverhältnis. Der gemessene linearisierte Achsdrehmoment-Wert wird verwendet, um die vorhergesagten Werte, die eingesetzt werden, um die Kosten zu bestimmen, zu berechnen. Der angeforderte linearisierte Achsdrehmoment-Wert wird auch verwendet, um die Kosten zu bestimmen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung betrifft ein Steuersystem und Verfahren für ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs mit einem Motor und einem Getriebe und insbesondere ein Steuersystem und Verfahren, das eine multivariable Steuerung verwendet.
EINLEITUNG
Antriebssystemsteuerung in einem Kraftfahrzeug schließt im Allgemeinen das Lesen von Fahrer- und Fahrzeugeingaben, wie Gaspedalposition, Fahrzeugsensordaten und Drehmomentanforderungen, ein und sendet diese Eingaben an ein Motorsteuermodul (ECM) und ein Getriebesteuermodul (TCM). Das ECM kann ein Fahrer-Achsdrehmoment aus den Fahrer- und Fahrzeugeingaben berechnen. Das angeforderte Fahrer-Achsdrehmoment kann dann dem Motor und dem ECM übermittelt werden. Der Motor wird basierend auf dem gewünschten Fahrer-Achsdrehmoment gesteuert, um ein tatsächliches Achsdrehmoment zu erzeugen. Inzwischen und typischerweise gleichzeitig mit dem Berechnen des gewünschten Motor- und Achsen-Drehmoments, wird eine gewünschte Geschwindigkeit oder ein Übersetzungsverhältnis aus dem erwünschten Achsdrehmoment und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet. Das gewünschte Übersetzungsverhältnis oder CVT-Antriebsscheibenverhältnis wird dann dem Getriebe übermittelt. Das Getriebe wird basierend auf dem gewünschten Übersetzungsverhältnis (oder CVT-Antriebsscheibenverhältnis) zum Erzeugen eines tatsächlichen Übersetzungsverhältnisses oder Antriebsscheibenverhältnisses gesteuert. Das tatsächliche Achsdrehmoment und das tatsächliche Übersetzungsverhältnis oder Antriebsscheibenverhältnis definieren die Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs.
Während dieses System der Antriebssystemsteuerung für seine Zweckbestimmung nützlich ist, besteht in der Technik Raum für Verbesserungen der dynamischen Steuerung des Achsdrehmoments zum Ausgleichen von Leistung und Kraftstoffeinsparung, insbesondere in Antriebssystemen mit stufenlosem Getriebe. Motorsteuersysteme wurden entwickelt, um das Motorausgangsdrehmoment zu regeln und ein erwünschtes Drehmoment zu erzielen. Herkömmliche Motorsteuersysteme können jedoch das Motorleistungsdrehmoment nicht mit der gewünschten Genauigkeit regeln. Dementsprechend wurden modellprädiktive Steuerungssysteme festgelegt, um eine Optimierung des Achsdrehmoments und der Kraftstoffeffizienz bereitzustellen. Jedoch können diese Systeme nicht mit nichtlinearen Elementen harmonieren, sodass die Achs-Drehmomentleistung eine Funktion des Motordrehmoments multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis ist.
KURZDARSTELLUNG
Ein Verfahren und System für das Steuern eines Parameters, wie einer Fahrzeugbeschleunigung, in einem Fahrzeugantriebssystem, unter Optimierung der Kraftstoffeinsparung mittels modellprädiktiver Steuerung, werden bereitgestellt. Eine Störung wird berechnet, basierend auf einem Modell eines Verhältnisses zwischen Motorausgangsdrehmoment und Übersetzungsverhältnis. Die Störung wird dann vom angeforderten Achsdrehmoment und dem gemessenen Achsdrehmoment bei der Berechnung des gewünschten Motorausgangsdrehmoments und Übersetzungverhältnisses abgezogen.
In einer Form, die zusammen mit oder getrennt von anderen hier beschriebenen Formen offenbart sein können, wird ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Bestimmen einer Vielzahl von angeforderten Werten mit einem ersten angeforderten Wert und das Bestimmen einer Vielzahl von gemessenen Werten, einschließlich eines ersten gemessenen Wertes, eines zweiten gemessenen Wertes und eines dritten gemessenen Wertes. Das Verfahren beinhaltet ferner das Bestimmen einer geschätzten Störung, basierend auf einem Modell einer Beziehung zwischen dem ersten und zweiten gemessenen Wert. Das Verfahren beinhaltet das Subtrahieren der geschätzten Störung vom ersten angeforderten Wert, um einen linearisierten angeforderten Wert festzulegen, und das Subtrahieren der geschätzten Störung von dem dritten gemessenen Wert, um einen linearisierten gemessenen Wert festzulegen. Das Verfahren beinhaltet auch das Bestimmen einer Vielzahl von vorausgesagten Werten, teilweise basierend auf der Vielzahl von gemessenen Werten, einschließlich dem linearisierten gemessenen Wert. Das Verfahren beinhaltet das Erzeugen einer Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte und das Bestimmen von Kosten für jeden Satz möglicher Sollwerte der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte, basierend auf einem ersten vorgegebenen Gewichtungswert, einem zweiten vorgegebenen Gewichtungswert, der Vielzahl von vorausgesagten Werten und der Vielzahl von angeforderten Werten, einschließlich dem linearisierten angeforderten Wert. Das Verfahren beinhaltet ferner das Bestimmen, welcher Satz möglicher Sollwerte der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte die geringsten Kosten aufweist, und das Auswählen des Satzes möglicher Sollwerte mit den geringsten Kosten, um einen Satz von ausgewählten Sollwerten zu definieren.
In einer anderen Form, die kombiniert mit oder separat von den anderen Formen hier offenbart sein kann, wird ein Fahrzeugantriebs-Steuersystem für ein Fahrzeug mit einem Getriebe und einem Motor bereitgestellt. Das Steuersystem weist eine Anzahl von Modulen, einschließlich eines Referenzgenerators, auf. Der Referenzgenerator ist konfiguriert, eine Vielzahl von angeforderten Werten mit einem ersten angeforderten Wert zu erzeugen. Ein Linearisierungsmodul ist konfiguriert, eine geschätzte Störung, basierend auf einem Modell einer Beziehung zwischen einem ersten und zweiten gemessenen Wert, zu erzeugen. Das Steuersystem ist konfiguriert, die geschätzte Störung vom ersten angeforderten Wert zu subtrahieren, um einen linearisierten angeforderten Wert festzulegen, und die Steuerung ist konfiguriert, die Störung von einem dritten gemessenen Wert zu subtrahieren, um einen linearisierten gemessenen Wert festzulegen. Ein Prädiktionsmodul ist konfiguriert, eine Vielzahl von vorausgesagten Werten zu erzeugen, teilweise basierend auf dem ersten gemessenen Wert, dem zweiten gemessenen Wert und dem linearisierten gemessenen Wert. Ein Befehlsgenerator-Modul ist konfiguriert, eine Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte zu erzeugen. Ein Kostenmodul ist konfiguriert, Kosten für jeden Satz möglicher Sollwerte der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte zu bestimmen, basierend auf einem ersten vorgegebenen Gewichtungswert, einem zweiten vorgegebenen Gewichtungswert, der Vielzahl von vorausgesagten Werten und der Vielzahl von angeforderten Werten, einschließlich dem linearisierten angeforderten Wert. Das Kostenmodul ist ferner konfiguriert zu ermitteln, welcher Satz möglicher Sollwerte der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte die geringsten Kosten hat. Ein Auswahlmodul ist konfiguriert, den Satz möglicher Sollwerte mit den geringsten Kosten auszuwählen, um einen Satz ausgewählter Sollwerte zu definieren.
In noch einer anderen Form, die kombiniert mit oder getrennt von anderen Formen hier offenbart sein kann, wird ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Antriebssystem beinhaltet einen Motor, der das Kraftfahrzeug antreiben kann, wobei der Motor eine Motorausgangswelle hat, die konfiguriert ist, das Motorausgangsdrehmoment zu übertragen. Das Antriebssystem beinhaltet ferner ein stufenloses Getriebe mit einer Variatorbaugruppe, einschließlich einer ersten Riemenscheibe und einer zweiten Riemenscheibe. Die erste und zweite Riemenscheibe sind drehbar mittels eines drehbaren Elements gekoppelt, wobei mindestens entweder die erste oder die zweite Riemenscheibe eine bewegbare Scheibe entlang einer Achse einschließt, um selektiv ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Motorausgangswelle und einer Getriebeausgangswelle zu ändern. Eine Antriebsachse ist konfiguriert, über die Getriebeausgangswelle angetrieben zu werden, wobei die Antriebsachse konfiguriert ist, ein Achsdrehmoment an einen Radsatz auszugeben.
Das Antriebssystem beinhaltet ferner ein Steuersystem, das eine Anzahl von Modulen umfasst. Ein Referenzgenerator-Modul ist konfiguriert, eine Vielzahl von angeforderten Werten zu erzeugen, einschließlich eines angeforderten Achsdrehmoment-Werts. Ein Linearisierungsmodul ist konfiguriert, eine geschätzte Störung zu erzeugen, basierend auf einem Modell eines Verhältnisses zwischen einem gemessenen Motorausgangsdrehmoment-Wert und einem gemessenen Übersetzungsverhältnis-Wert. Das Steuersystem ist konfiguriert, die geschätzte Störung vom angeforderten Achsdrehmoment-Wert zu subtrahieren, um einen angeforderten linearisierten Achsdrehmoment-Wert festzulegen, und das Steuersystem ist konfiguriert, die geschätzte Störung von einem gemessenen Achsdrehmoment-Wert zu subtrahieren, um einen gemessenen linearisierten Achsdrehmoment-Wert festzulegen. Ein Befehlsgenerator-Modul ist konfiguriert, eine Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte zu erzeugen. Ein Prädiktionsmodul ist konfiguriert, eine Vielzahl von vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoment-Werten und eine Vielzahl von vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs-Werten zu erzeugen, basierend auf der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte, dem gemessenen Motorausgangsdrehmoment-Wert, dem gemessenen Übersetzungsverhältnis-Wert und dem gemessenen linearisierten Achsdrehmoment-Wert. Die Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte beinhaltet eine Vielzahl von möglichen befohlenen Übersetzungsverhältnis-Werten und eine Vielzahl von möglichen befohlenen Motorausgangsdrehmoment-Werten. Ein Kostenmodul ist konfiguriert, Kosten für jeden Satz möglicher Sollwerte der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte zu bestimmen, basierend auf einem ersten vorgegebenen Gewichtungswert, einem zweiten vorgegebenen Gewichtungswert, der Vielzahl von vorausgesagten Werten und der Vielzahl von angeforderten Werten, einschließlich dem angeforderten linearisierten Achsdrehmoment-Wert. Das Kostenmodul ist ferner konfiguriert zu ermitteln, welcher Satz möglicher Sollwerte der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte die geringsten Kosten hat. Ein Auswahlmodul ist konfiguriert, den Satz möglicher Sollwerte mit den geringsten Kosten auszuwählen, um einen Satz von ausgewählten Sollwerten zu definieren. Ein Betätigungsmodul ist konfiguriert, einen Fahrzeugparameter zu steuern, mindestens basierend auf einem ausgewählten Sollwert des Satzes ausgewählter Sollwerte.
Weitere zusätzliche Eigenschaften können vorgesehen werden, einschließlich jedoch nicht beschränkt darauf, die folgenden: worin der erste gemessene Wert ein Motorparameter ist; worin der zweite gemessene Wert ein Übersetzungsparameter ist; worin der erste gemessene Wert ein gemessenes Motorausgangsdrehmoment ist; worin der zweite gemessene Wert ein gemessenes Übersetzungsverhältnis ist; worin der dritte gemessene Wert ein gemessenes Achsdrehmoment ist; und worin der erste angeforderte Wert ein angefordertes Achsdrehmoment ist.
In einigen Formen wird die geschätzte Störung mit folgender Gleichung bestimmt: $D = {\frac{(R a t_m_{k} * 100 - R a t_{o f f}) (T e_m_{k} - T e_o f f) F D}{100}} - L o s s (R a t_m_{k}, R P M_m_{k}, T e_m_{k})$
worin D die geschätzte Störung, FD das endgültige Antriebsverhältnis, Rat_m_k das gemessene Übersetzungsverhältnis an einem Prädiktionsschritt k, Rat_off der nominale Versatz, an dem die Verhältnis-Modell-Linearisierung ausgeführt wurde (z. B. wird Rat_off von der Verhältnis-Modell-Linearisierung festgelegt), Te_m_k das gemessene Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k, Te_off der nominale Versatz, an dem die Motordrehmoment-Modell-Linearisierung ausgeführt wurde (z. B. wird Te_off durch die Motormomenten-Modell-Linearisierung festgelegt), Verlust ein mechanischer Verlustfaktor und RPM_m_k eine gemessene Motordrehzahl am Prädiktionsschritt k ist.
Noch weitere zusätzliche Eigenschaften sind: ein Schritt oder Modul, konfiguriert, um einen Fahrzeugparameter zu steuern, basierend auf mindestens entweder einem ausgewählten Sollwert des Satzes ausgewählter Sollwerte; worin die Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte eine Vielzahl möglicher befohlener Motorausgangsdrehmoment-Werte und eine Vielzahl möglicher befohlener Übersetzungsverhältnis-Werte beinhaltet, und der Satz ausgewählter Sollwerte einen ausgewählten Motordrehmoment-Wert und einen ausgewählten Übersetzungsverhältnis-Wert beinhaltet; das Erzeugen einer Vielzahl von vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoment-Werten und einer Vielzahl von vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs-Werten, basierend auf der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte; das Bestimmen der Kosten für jeden Satz möglicher Sollwerte ferner basierend auf einem vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoment-Wert der Vielzahl von vorausgesagten Achsdrehmoment-Werten und einem vorhergesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs-Wert der Vielzahl von vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs-Werten; und die Vielzahl von angeforderten Werten beinhaltet einen angeforderten Kraftstoffverbrauchs-Wert, den angeforderten linearisierten Wert, einen angeforderten Motorausgangsdrehmoment-Wert und einen angeforderten Übersetzungsverhältnis-Wert.
Das Steuersystem kann ferner ein stationäres Optimierer-Modul beinhalten, das für Folgendes konfiguriert ist: Bestimmen einer Gaspedalposition; Bestimmen der geschätzten Motordrehzahl; Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit; Bestimmen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses; Erzeugen des angeforderten Achsdrehmoment-Werts, basierend auf der Gaspedalposition und der Fahrzeuggeschwindigkeit; Erzeugen des angeforderten Übersetzungsverhältnis-Werts, basierend auf dem angeforderten Achsdrehmoment-Wert und der Fahrzeuggeschwindigkeit; Erzeugen des angeforderten Motorausgangsdrehmoment-Werts, basierend auf dem angeforderten Achsdrehmoment-Wert, dem angeforderten Übersetzungsverhältnis-Wert und einem endgültigen Antriebsverhältnis; und Erzeugen des angeforderten Kraftstoff-Werts.
Zusätzlich kann das Verfahren und/oder Steuersystem konfiguriert sein, die Vielzahl vorausgesagter tatsächlicher Achsdrehmoment-Werte und die Vielzahl vorausgesagter tatsächlicher Kraftstoffverbrauchs-Werte mit dem folgenden Satz von Gleichungen zu bestimmen: $\begin{matrix} x_{k + 1} = {A * x_{k} + B * [\begin{matrix} T e_c \\ R a t_c_{k} \end{matrix}] + v} + K_{K F} * ([\begin{matrix} T e_m_{k} \\ F R_m_{k} \\ R a t_m_{k} \\ T a_m_{k} - D \end{matrix}] - [\begin{matrix} T e_a_{k} \\ F R_a_{k} \\ R a t_a_{k} \\ T a_a_{k} \end{matrix}]) \\ [\begin{matrix} T a_a_{k + 1} \\ F R_a_{k + 1} \end{matrix}] = C * x_{k + 1} + w \end{matrix}$
wobei

x_k+1 = Zustandsvariable an Prädiktionsschritt k+1;
x_k = Zustandsvariable an Prädiktionsschritt k;
A= eine erste Zustandsmatrix;
B = eine Eingangsmatrix;
Te_c = befohlenes Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k;
Rat_c_k = befohlenes Übersetzungsverhältnis an Prädiktionsschritt k;
K_KF = eine Kalman-Filter-Verstärkung;
Te_a_k = vorausgesagtes tatsächliches Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k;
FR_a_k = vorausgesagte tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate an Prädiktionsschritt k;
Rat_a_k = vorausgesagtes tatsächliches Übersetzungsverhältnis an Prädiktionsschritt k;
Ta_a_k = vorausgesagtes tatsächliches Achsdrehmoment an Prädiktionsschritt k;
Te_m_k = gemessenes Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k;
FR_m_k = gemessene Kraftstoffverbrauchsrate an Prädiktionsschritt k;
Rat_m_k = gemessenes Übersetzungsverhältnis an Prädiktionsschritt k;
Ta_m_k = gemessenes Achsdrehmoment an Prädiktionsschritt k;
D=geschätzte Störung;
Ta_a_k+1 = vorausgesagtes tatsächliches Achsdrehmoment an Prädiktionsschritt k+1;
FR_a_k+1 = vorausgesagte tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate an Prädiktionsschritt k+1;
C = eine Ausgangsmatrix;
v = Verfahrens-Rauschen; und
w = Messrauschen.

Ferner kann das Verfahren und Steuersystem konfiguriert sein, die Vielzahl von Kosten mit der folgenden Kostengleichung zu bestimmen: $C o s t = \sum {(y (i | k) - y_{r e f})}^{T} Q_{Y} (y (i | k) - y_{r e f}) + {(u (i | k) - u_{r e f})}^{T} Q_{U} (u (i | k) - u_{r e f}) + Δ u {(i | k)}^{T} Q_{Δ u} Δ u (i | k)$
$y = [\begin{matrix} T e_a \\ F R_a \\ R a t_a \\ T a_a \end{matrix}]$
$y_{r e f} = [\begin{matrix} T e_r \\ F R_r \\ R a t_r \\ T a_r - D \end{matrix}]$
$u = [\begin{matrix} T e_c \\ R a t_c \end{matrix}]$
$u_{r e f} = [\begin{matrix} T e_r \\ R a t_r \end{matrix}]$
wobei

Te_a = vorausgesagtes tatsächliches Motorausgangsdrehmoment;
FR_a = vorausgesagte tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate;
Rat a = vorausgesagtes tatsächliches Übersetzungsverhältnis;
Ta_a= vorausgesagtes tatsächliches Achsdrehmoment;
Te_r = angefordertes Motorausgangsdrehmoment;
FR_r = angeforderte Kraftstoffverbrauchsrate;
Rat_r = angefordertes Übersetzungsverhältnis;
Ta_r = angefordertes Achsdrehmoment;
D=geschätzte Störung;
Te_c= befohlenes Motorausgangsdrehmoment;
Rat_c = befohlenes Übersetzungsverhältnis;
Q_y = der erste vorgegebene Gewichtungswert;
Q_u = der zweite vorgegebene Gewichtungswert;
Q_Δu = ein dritter vorgegebener Gewichtungswert;
i = Index-Wert;
k = Prädiktionsschritt; und
T= transponierter Vektor ist.

Zusätzliche Eigenschaften, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden in der folgenden Beschreibung und durch die beigefügten Zeichnungen deutlich, worin gleiche Referenznummern auf gleiche Komponenten, Elemente oder Merkmale verweisen.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.

1 ist ein schematisches Diagramm eines Kraftfahrzeugs mit einem exemplarischen Antriebssystem gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine schematische Darstellung eines Antriebssteuersystems zur Verwendung mit dem Antriebssystem aus 1 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
3 ist eine schematische Darstellung eines Steuersystems zur Verwendung mit dem Antriebssteuersystem aus 2 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
4 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung weiterer Details des Steuersystems aus 3 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
5 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung weiterer Details einer multivariablen Steuerung des Steuersystems aus 3-4 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf 1 ist ein exemplarisches Kraftfahrzeug dargestellt und im Allgemeinen mit der Referenznummer 9 gekennzeichnet. Das Kraftfahrzeug 9 ist als Pkw dargestellt, aber es sollte klar sein, dass das Kraftfahrzeug 9 ein beliebiges Fahrzeug sein kann, wie ein Lastwagen, Lieferwagen, Geländewagen usw. Das Kraftfahrzeug 9 beinhaltet ein exemplarisches Antriebssystem 10. Vorab ist darauf hinzuweisen, dass, während ein Heckantriebsstrang 10 dargestellt ist, das Kraftfahrzeug 9 einen Frontantriebsstrang haben kann, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Das Antriebssystem 10 beinhaltet im Allgemeinen einen Motor 12 verbunden mit einem Getriebe 14 und einer Endantriebseinheit 16. Der Motor 12 kann ein herkömmlicher Verbrennungsmotor oder ein Elektromotor, Hybridmotor oder jede andere Art von Antriebsmaschine sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Der Motor 12 liefert ein Motorausgangsdrehmoment an das Getriebe 14 über eine Kurbelwelle oder Motorausgangswelle 18. Das Motorausgangsdrehmoment kann durch eine Flexplatte und/oder Startvorrichtung 20 an das Getriebe 14 übertragen werden. Die Startvorrichtung 20 kann eine hydrodynamische Vorrichtung, wie beispielsweise eine Flüssigkeitskupplung oder ein Drehmomentwandler, eine nasslaufende Doppelkupplung oder ein Elektromotor sein. Das Drehmoment wird dann von der Startvorrichtung 20 an die mindestens eine Getriebeeingangswelle 22 übertragen.
Das Getriebe 14 kann ein Stufengetriebe mit Planetenrädern, ein Vorgelegegetriebe, ein CVT-Getriebe oder ein IVT-Getriebe sein. Das Drehmoment von der Getriebeantriebswelle 22 wird über eine Übersetzungsverhältnis-Steuereinheit 24 auf eine Getriebeausgangswelle 26 übertragen. Im Allgemeinen stellt die Übersetzungsverhältnis-Steuereinheit 24 eine Vielzahl von Vorwärts- oder Rückwärtsdrehzahlen oder Übersetzungsverhältnissen oder eine unendliche Anzahl von Vorwärts- oder Rückwärtsdrehzahlen oder Übersetzungsverhältnissen zwischen der Getriebeeingangswelle 22 und der Getriebeausgangswelle 26 bereit.
Wenn das Getriebe 14 ein CVT-Getriebe ist, kann die Übersetzungsverhältnis-Steuereinheit 24 eine Variatorbaugruppe 24a mit einer ersten und zweiten Riemenscheibe 24b, 24c beinhalten, die drehbar mit einem endlos drehbaren Element 24d gekoppelt ist, das um die Riemenscheiben mit variablem Durchmesser 24b, 24c angeordnet ist. Mindestens entweder die erste oder zweite Riemenscheibe 24b, 24c beinhaltet eine bewegliche Scheibe 24e, die entlang einer Achse übersetzbar ist, um selektiv ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Motorausgangswelle 18 und der Getriebeausgangswelle 26 zu ändern.
Die Getriebeausgangswelle 26 überträgt das Ausgangsdrehmoment an die Endantriebseinheit 16. Die Endantriebseinheit 16 beinhaltet im Allgemeinen ein Differential 28, das das Achsdrehmoment durch Antriebsachsen 30 an die Antriebsräder 32 überträgt.
Nun zu 2, worin ein Fahrzeugantriebssteuersystem zur Verwendung mit dem exemplarischen Antriebssystem 10 im Allgemeinen mit der Referenznummer 34 bezeichnet ist. Das Fahrzeugantriebssteuersystem 34 beinhaltet ein Überwachungssteuermodul 36 in elektronischer Verbindung mit einem Motorsteuermodul 38 und einem Getriebesteuermodul 40. Die Module 36, 38 und 40 können über einen Fahrzeugnetzwerk- oder Kabelnetzwerk-(CAN)-Bus kommunizieren. Das Fahrzeugantriebssteuersystem 34 kann mit verschiedenen anderen Steuermodulen, wie einem Bordnetzsteuermodul oder einem Infotainment-Steuermodul, kommunizieren oder ein solches beinhalten. Alternativ kann das Überwachungssteuermodul 36 in das Motorsteuermodul 38 oder das Getriebesteuermodul 40 integriert sein.
Das Überwachungssteuermodul 36 ist ein nicht generalisiertes elektronisches Steuergerät mit einem vorprogrammierten digitalen Computer oder Prozessor 42, Speicher oder nicht flüchtigem computerlesbaren Medium 44 zum Speichern von Daten, wie Steuerlogik, Anweisungen, Bilddaten, Nachschlagetabellen usw., und einer Vielzahl von Ein-/Ausgangs-Peripheriegeräten oder Anschlüssen 46. Der Prozessor 42 ist konfiguriert, die Steuerlogik oder Anweisungen auszuführen.
Das Motorsteuermodul 38 ist ein nicht generalisiertes elektronisches Steuergerät mit einem vorprogrammierten digitalen Computer oder Prozessor 48, Speicher oder nicht flüchtigen computerlesbaren Medium 50 zum Speichern von Daten, wie Steuerlogik, Anweisungen, Bilddaten, Nachschlagetabellen usw., und einer Vielzahl von Ein-/Ausgangs-Peripheriegeräten oder Anschlüssen 52. Der Prozessor 48 ist konfiguriert, die Steuerlogik oder Anweisungen auszuführen. Das Motorsteuermodul 38 kommuniziert mit und steuert den Motor 12.
Das Getriebesteuermodul 40 ist ein nicht generalisiertes elektronisches Steuergerät mit einem vorprogrammierten digitalen Computer oder Prozessor 54, Speicher oder nicht flüchtigem computerlesbaren Medium 56 zum Speichern von Daten, wie Steuerlogik, Anweisungen, Bilddaten, Nachschlagetabellen usw., und einer Vielzahl von Ein-/Ausgangs-Peripheriegeräten oder Anschlüssen 58. Der Prozessor 54 ist konfiguriert, die Steuerlogik oder Anweisungen auszuführen. Das Getriebesteuermodul 40 kommuniziert mit und steuert das Getriebe 14.
Das Fahrzeugantriebssteuersystem 34 kommuniziert mit einer Vielzahl von Sensoren, die mit dem Antriebssystem 10 verbunden sind, einschließlich einem Luftstromsensor S2 des Motors 12, einem Motordrehzahlsensor S4, einem Getriebeantriebswellen-Geschwindigkeitssensor S6, einem Getriebeausgangswellen-Geschwindigkeitssensor S8, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor S10 und einem Pedalstellungssensor S12. Der Luftstromsensor S2 und der Motordrehzahlsensor S4 kommunizieren mit dem Motorsteuermodul 38. Der Getriebeeingangswellen-Geschwindigkeitssensor S6 und der Getriebeausgangswellen-Geschwindigkeitssensor S8 kommunizieren mit dem Getriebesteuermodul 40. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor S10 und der Pedalstellungssensor S12 kommunizieren sowohl mit dem Motorsteuermodul 38 als auch dem Getriebesteuermodul 40.
Unter Bezugnahme auf 3 und weiterer Bezugnahme auf 1 und 2 ist ein Steuerdiagramm für das Fahrzeugantrieb-Steuersystem 34 dargestellt. Das Steuerdiagramm stellt ein Steuersystem oder Verfahren 100 zur Steuerung eines Parameters, wie die Fahrzeugbeschleunigung, dar, während die Kraftstoffeffizienz, die eine multivariable Steuerung verwendet, optimiert wird. Das Steuersystem 100 beinhaltet eine multivariable Steuerung 102 und eine Anlage 103, die von der multivariablen Steuerung 102 gesteuert wird. Die multivariable Steuerung 102 kann iterativ ein Motorausgangsdrehmoment Te 104 und ein Übersetzungsverhältnis Rat 106 steuern, um eine Kraftstoffverbrauchsrate FR zu optimieren und ein gewünschtes Achsdrehmoment Ta zu erreichen. Das Achsdrehmoment Ta ist der Betrag des Drehmoments an der Fahrzeugachse 30. Eingaben in die multivariable Steuerung 102 beinhalten ein gemessenes tatsächliches Achsdrehmoment Ta_m, eine gemessene Kraftstoffverbrauchsrate FR_m und ein angefordertes Achsdrehmoment Ta_r, das auf Fahrer- und Fahrzeugeingaben und/oder einer Achsdrehmoment-Intervention basieren kann, die weiter unten eingehender im Detail erörtert wird.
Das Steuersystem 100 beinhaltet eine Motordrehmomentsteuerung 108, eine Übersetzungsverhältnissteuerung 110 (die eine Variatorsteuerung für CVT-Getriebe sein kann) und ein Fahrdynamikmodul 112. In einigen Beispielen wird die multivariable Steuerung 102 gespeichert und ausgeführt von dem Überwachungssteuermodul 36, die Motordrehmomentsteuerung 108 wird gespeichert und ausgeführt vom Motorsteuermodul 38 und die Übersetzungsverhältnissteuerung 110 wird gespeichert und ausgeführt vom Getriebesteuermodul 40. Das Fahrdynamikmodul 112 kann gespeichert und ausgeführt werden durch das Motorsteuermodul 38, das Getriebesteuermodul 40 oder jedes beliebige andere Steuermodul oder eine Kombination aus Steuermodulen.
Die multivariable Steuerung 102 kann optional Systemgrenzen 105 von der Motorsteuerung 108 empfangen, einschließlich eines maximalen Motorausgangsdrehmoments Te_max , eines minimalen Motorausgangsdrehmoments Temin, einer maximalen Änderungsrate des Motorausgangsdrehmoments ΔTe_max und einer minimalen Änderungsrate des Motorausgangsdrehmoments ΔTe_min . Die multivariable Steuerung 102 kann auch optional Systemgrenzen 107 von der Übersetzungsverhältnissteuerung 110 empfangen, mit einem maximalen Übersetzungsverhältnis Rat_max , einem minimalen Übersetzungsverhältnis Rat_min , einer maximalen Änderungsrate des Übersetzungsverhältnisses ΔR_max und einer minimalen Änderungsrate des Übersetzungsverhältnisses ΔR_min .
Unter Bezugnahme auf 4 ist eine andere Darstellung des Steuersystems 100 aufgeführt, die die Eingaben und Ausgaben an die multivariable Steuerung 102 und die Anlage 103, gesteuert durch die multivariable Steuerung 102, zeigt. So können beispielsweise Eingaben an die multivariable Steuerung 102 ein angefordertes Achsdrehmoment Ta_r sowie Fahrzeuggeschwindigkeit V beinhalten. Rückmeldungseingaben des gemessenen Achsdrehmoments Ta_m und der gemessenen Kraftstoffverbrauchsrate FR_m können auch in die multivariable Steuerung 102 eingegeben werden. Die Ausgänge der multivariablen Steuerung 102 können ein befohlenes Motorausgangsdrehmoment Te_c und ein befohlenes Übersetzungsverhältnis Rat_c beinhalten. Diese gesteuerten Ausgänge oder „u“-Variablen (Te_c und Rat_c) der multivariablen Steuerung 102 sind Eingaben an die Anlage 103, die den Motor 12 und das Getriebe 14 beinhaltet.
Das befohlene Motorausgangsdrehmoment Te_c wird zum Steuern des Motors 12 verwendet, um ein tatsächliches Motorausgangsdrehmoment bereitzustellen, das das gemessene Motorausgangsdrehmoment Te_m ist. Das befohlene Übersetzungsverhältnis Rat_c dient zum Steuern des Getriebes 14, um ein tatsächliches Übersetzungsverhältnis oder Riemenscheibenverhältnis Rat_m zwischen der Getriebeeingangswelle 22 und der Getriebeausgangswelle 26 bereitzustellen. Somit gibt die Anlage 103 die „y“-Variablen aus, deren Werte nachverfolgt werden können, die ein tatsächliches gemessenes Motordrehmoment Te_m, eine tatsächliche gemessene Kraftstoffverbrauchsrate FR_m, eine tatsächliche gemessene Getriebeübersetzung (oder Riemenscheibenübersetzung) Rat_m und ein tatsächliches gemessenes Achsdrehmoment Ta_m beinhalten können.
Unter Bezugnahme auf 5 sind zusätzliche Einzelheiten der multivariablen Steuerung 102 dargestellt. Die multivariable Steuerung 102 beinhaltet ein stationäres Optimierer-Modul 200, das einen Referenzgenerator darstellt. Das stationäre Optimierer-Modul 200 ermittelt Referenzwerte (gewünschte oder angeforderte Werte) für die „u“-Variablen (gesteuerte Variablen) und die „y“-Variablen (die optimierten Ausgangsvariablen, die nachverfolgt werden können). So ist beispielsweise das stationäre Optimierer-Modul 200 konfiguriert, einen angeforderten Motorausgangsdrehmoment-Wert Te_r, einen angeforderten Übersetzungsverhältnis-Wert Rat_r, einen angeforderten Kraftstoffverbrauchs-Wert FR_r und einen angeforderten Achsdrehmoment-Wert Ta_r zu bestimmen. Die u-Referenzen beinhalten das angeforderte Motorausgangsdrehmoment Te r und das angeforderte Übersetzungsverhältnis Rat_r, während die y-_Referenzen alle vier angeforderten Motorausgangsdrehmomente Te_r, das angeforderte Übersetzungsverhältnis Rat_r, den angeforderten Kraftstoffverbrauchs-Wert FR_r und den angeforderten Achsdrehmoment-Wert Ta_r beinhalten können. Die u-_Referenzen und y-_Referenzen sind Werte, die wünschenswert sind während eines stationären Zustands. Das nachstehend beschriebene MPC-Modul 202 optimiert den Verlauf insbesondere der Kraftstoffverbrauchsrate während des Übergangs von einem stationären Zustand in einen anderen.
Der angeforderte Achsdrehmoment-Wert Ta_r kann (z. B. im Submodul 200C) basierend auf der Gaspedalposition PP und der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt werden. Zum Beispiel, $Ta_r = f (PP, V) .$
Das angeforderte Achsdrehmoment Ta_r kann in einigen Beispielen aus einer Nachschlagetabelle oder 2D-Karte aus einer Fahrzeuggeschwindigkeit V ermittelt werden, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor S10 und einer Gaspedalposition PP gemessen wurde, die wiederum vom Pedalpositionssensor S12 gemessen wurde.
Der angeforderte Übersetzungsverhältnis-Wert Rat_r kann bestimmt werden (z. B. im Submodul 200B), basierend auf dem angeforderten Achsdrehmoment-Wert Ta_r und der Fahrzeuggeschwindigkeit V. Beispiel $Rat_r = f (Ta_r, V) .$
Das angeforderte Motorausgangsdrehmoment Te_r (z. B. im Submodul 200A) kann, basierend auf dem angeforderten Achsdrehmoment-Wert Ta_r, dem angeforderten Übersetzungsverhältnis-Wert Rat_r und dem Endantriebsverhältnis FD (das für ein gegebenes Fahrzeug konstant ist) ermittelt werden. Zum Beispiel, $T e_r = \frac{T a_r + L o s s}{R a t_r * F D}$
Der „Verlust“-Faktor kann beispielsweise mechanische Verluste, wie Reibung und Riemenscheiben-Klemm-Verluste, beinhalten.
Die Minimierung von Kraftstoff wird durch Minimierung der Motorleistung für die angeforderte Achsleistung erzielt. Die angeforderte Kraftstoffverbrauchsrate FR_r kann auf jede geeignete Weise ermittelt werden, die darauf ausgerichtet ist, dieses Ziel zu erreichen. Beispielsweise kann die angeforderte Kraftstoffverbrauchsrate FR_r, basierend auf dem angeforderten Achsdrehmoment Ta_r, der Fahrzeuggeschwindigkeit V, der Motordrehzahl RPM und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF, ermittelt werden. Beispielsweise, $FR_r = f (Ta_r, V, RPM, AF) .$
Die Motordrehzahl RPM kann ermittelt werden durch den Motordrehzahlsensor S4. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF ist das Verhältnis der Masse von Luft zu der Masse von Kraftstoff, das durch beispielsweise ein Kraftstoffsteuermodul aufgezeigt werden kann. In einigen Formen kann der angeforderte Kraftstoffverbrauchs-Wert FR_r auf einem angeforderten Luft-pro-Zylinder (APC)-Wert basieren.
Sobald die angeforderten Werte oder Referenzwerte ermittelt sind, gibt das stationäre Optimierer-Modul 200 diese (die u_Referenzen und die y_Referenzen) an das MPC-Modul 202 aus. Das MPC-Modul 202 verwendet Modell-prädiktive Steuerung und kann auch als Quadratprogrammierungslöser, wie etwa ein Dantzig QP-Löser, bezeichnet werden. Bevor jedoch der angeforderte Achsdrehmoment-Wert, Ta_r, im MPC-Modul 202 verwendet werden kann, wird dieser Wert in einem angeforderten linearisierten Drehmoment-Wert, Ta_r - D, wie im Folgenden näher beschrieben, linearisiert.
Ein Prädiktionsmodul 204 ist konfiguriert, mindestens das tatsächliche Achsdrehmoment und eine tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate zur Verwendung im MPC-Modul 202 vorauszusagen. Das Prädiktionsmodul 204 kann auch als ein Zustandsbeobachter, der einen Kalman-Filter verwendet, bezeichnet werden. Die vorausgesagten tatsächlichen Werte 206 werden vom Prädiktionsmodul 204 an das MPC-Modul 202 ausgegeben.
Das Prädiktionsmodul 204 ist konfiguriert, eine Vielzahl von vorhergesagten tatsächlichen Achsdrehmomenten und Kraftstoffverbrauchs-Werten zu erzeugen. So erzeugt beispielsweise das Prädiktionsmodul mindestens einen ersten vorhergesagten tatsächlichen Achsdrehmoment-Wert und einen ersten vorhergesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs-Wert, basierend auf einem ersten Satz von möglichen Sollwerten (die beispielsweise von einem Befehlsgeneratormodul erzeugt werden können, das als Teil des Prädiktionsmoduls 204 oder des MPC-Moduls 202 gebildet wird), wobei der erste Satz von möglichen Sollwerten einen ersten befohlenen Motorausgangsdrehmoment-Wert Te_c und einen ersten befohlenen Übersetzungsverhältnis-Wert Rat_c beinhaltet. Das Prädiktionsmodul 204 ist ferner konfiguriert, mindestens einen zweiten vorhergesagten tatsächlichen Achsdrehmoment-Wert und einen zweiten vorhergesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs-Wert zu erzeugen, basierend auf einem zweiten Satz von möglichen Sollwerten, worin der zweite Satz von möglichen Sollwerten einen zweiten befohlenen Motorausgangsdrehmoment-Wert Te_c und einen zweiten befohlenen Übersetzungsverhältnis-Wert Rat_c beinhaltet. In der Praxis kann eine wesentlich größere Anzahl an vorhergesagten Werten erzeugt werden, basierend auf zusätzlichen Sätzen von möglichen Sollwerten (dritte, vierte, fünfte usw. Sätze von möglichen Te_c- und Rat_c-Werten). Die vorausgesagten tatsächlichen Werte 206 werden an das MPC-Modul 202 ausgegeben.
Das Prädiktionsmodul 204 kann eine Anzahl von vorhergesagten tatsächlichen Werten 206 an das MPC-Modul 202 über das Kostenmodul 208 bereitstellen. Das Prädiktionsmodul 204 kann Gleichungen, wie die folgenden, verwenden, um die vorhergesagten tatsächlichen Werte 206 zu bestimmen: $y_{k} = C * x_{k} + w$
$y_{k + 1} = C * x_{k + 1} + w$
$x_{k + 1} = A * x_{k} + B * u_{k} + v + K_{K F} * (y_{k} - y_{m k})$
$y_{k} = [\begin{matrix} T e_a_{k} \\ F R_a_{k} \\ R a t_a_{k} \\ T a_a_{k} \end{matrix}]$
$y_{k + 1} = [\begin{matrix} T e_a_{k + 1} \\ F R_a_{k + 1} \\ R a t_a_{k + 1} \\ T a_a_{k + 1} \end{matrix}]$
$u_{k} = [\begin{matrix} T e_c_{k} \\ R a t_c_{k} \end{matrix}]$
$y_{m k} = [\begin{matrix} T e_m_{k} \\ F R_m_{k} \\ R a t_m_{k} \\ T a_m_{k} - D \end{matrix}]$
worin A = eine Zustands (oder Getriebe)-Matrix ist; B = eine Eingangsmatrix; C = eine Ausgangs (oder gemessene)-Matrix; Te_a_k = vorausgesagtes tatsächliches Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k; FR_a_k = vorausgesagte tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate an Prädiktionsschritt k; Rat_a_k = vorausgesagtes tatsächliches Übersetzungsverhältnis an Prädiktionsschritt k; Ta_a_k = vorausgesagtes tatsächliches Achsdrehmoment an Prädiktionsmodul k; x_k = Zustandsvariable an einem Prädiktionsschritt k; Te_a_k+1 = vorausgesagtes tatsächliches Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k+1; FR_a_k+1 = vorausgesagte tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate an Prädiktionsschritt k+1; Rat_a_k+1 = vorausgesagtes tatsächliches Übersetzungsverhältnis an Prädiktionsschritt k+1; Ta_a_k+1 = vorausgesagtes tatsächliches Achsdrehmoment an Prädiktionsschritt k+1; x_k+1 = Zustandsvariable an Prädiktionsschritt k+1; Te_c_k = Motorausgangsdrehmoment, befohlen an Prädiktionsschritt k; Rat_c_k = Übersetzungsverhältnis befohlen an Prädiktionsschritt k; K_KF = eine Kalman-Filter-Verstärkung (erhalten durch Auflösen einer algebraischen Ricatti-Gleichung); Te_m_k = gemessenes Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k; FR_m_k, = gemessene Kraftstoffverbrauchsrate an Prädiktionsschritt k; Rat_m_k = gemessenes Übersetzungsverhältnis an Prädiktionsschritt k; Ta_m_k = gemessenes Achsdrehmoment an Prädiktionsschritt k; D ist eine geschätzte Störung (die nachfolgend näher beschrieben wird); v = Verfahrensrauschen; und w = Messrauschen. Der Prädiktionsschritt k ist ein Prädiktionsschritt zum gegenwärtigen Zeitpunkt (z. B. jetzt), und der Prädiktionsschritt k+1 ist eine Vorhersage einen Schritt voraus.
Das gemessene Motorausgangsdrehmoment Te_m kann vom Motordrehmomentsensor S4 erfasst werden. Das gemessene Übersetzungsverhältnis oder Riemenscheibenverhältnis Rat_m kann aus der Drehzahl der Getriebeeingangswelle 22 ermittelt werden, erfasst durch den Getriebeeingangswellen-Drehzahlsensor S6 und die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 26, erfasst durch den Getriebeausgangswellen-Drehzahlsensor S8, und kann von dem TCM 40 bereitgestellt werden.
Ta_a_k+1 und FR_a_k+1 können jeweils definiert oder gleich sein dem ersten vorhergesagten tatsächlichen Achsdrehmoment-Wert und dem ersten vorhergesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs-Wert, wenn sie basierend auf dem ersten Satz möglicher Sollwerte für _{Te_c} k und _{Rat_c}k erzeugt werden, und Ta_a_k+1 und FR_a_k+1 können jeweils definiert oder gleich sein dem zweiten vorhergesagten tatsächlichen Achsdrehmoment-Wert und dem zweiten vorhergesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs-Wert, wenn sie basierend auf dem zweiten Satz möglicher Sollwerte für Te_c_k und Rat_c_k erzeugt werden usw.
Ein Linearisierungsmodul 201 wird bereitgestellt, um das angeforderte Achsdrehmoment, das vom MPC-Modul 202 verwendet wird, zu linearisieren. Das Achsdrehmoment basiert typischerweise auf einer nichtlinearen Beziehung zwischen dem Motorausgangsdrehmoment und dem Übersetzungsverhältnis, wie durch die folgende Beziehung gezeigt: $Ta = Te*Rat*FD - Verlust (RPM, Rat, Te)$
wobei Ta das Achsdrehmoment, Te das Motorausgangsdrehmoment, Rat das Übersetzungsverhältnis ist, FD das endgültige Antriebsverhältnis ist und Verlust die mechanischen CVT-Verluste darstellt, die eine Funktion der Motordrehzahl (RPM), des Übersetzungsverhältnisses und des Motorausgangsdrehmoments sind. Die Verluste hier können denen der Gleichung (3) gleich oder ähnlich sein.
Eine solche nichtlineare Beziehung zwischen Motorausgangsmoment und Übersetzungsverhältnis bezüglich des Achsdrehmoments eignet sich nicht für das MPC-Modul 202, da die vorhergesagten Werte, die mit den Gleichungen (5), (6) oder (7) bestimmt wurden, eine lineare Beziehung zwischen den Matrixvariablen annehmen.
Um also das Achsdrehmoment zu linearisieren, wird eine geschätzte Störung eingeführt, basierend auf einem Modell des gemessenen Motorausgangsdrehmoments bezüglich des gemessenen Übersetzungsverhältnisses. Das Linearisierungsmodul 201 ist konfiguriert, die geschätzte Störung zu berechnen, sodass sie weiterhin in der Steuerung 200 angewendet werden kann.
Daher ist in einem Beispiel das Linearisierungsmodul 201 konfiguriert, die geschätzte Störung der folgenden Gleichung zu berechnen: $D = {\frac{(R a t_m_{k} * 100 - R a t_{o f f}) (T e_m_{k} - T e_o f f) F D}{100}} - L o s s (R a t_m_{k}, R P M_m_{k}, T e_m_{k})$
worin D die geschätzte Störung ist, FD das endgültige Antriebsverhältnis, Rat_m_k das gemessene Übersetzungsverhältnis an einem Prädiktionsschritt k, Rat_off der nominale Versatz, an dem die Verhältnis-Modell-Linearisierung ausgeführt wurde (z. B. wird Rat_off von der Verhältnis-Modell-Linearisierung festgelegt), Te_m_k das gemessene Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k, Te_off der nominale Versatz, an dem die Motordrehmoment-Modell-Linearisierung ausgeführt wurde (z. B. wird Te_off durch die Motordrehmoment-Modell-Linearisierung festgelegt), Verlust ein mechanischer Verlustfaktor und RPM_m_k eine gemessene Motordrehzahl am Prädiktionsschritt k ist.
Der Verlusteingang (basierend auf dem Übersetzungsverhältnis, dem Motorausgangsdrehmoment und der Motordrehzahl) kann in einer Nachschlagetabelle für die Verwendung durch das Linearisierungsmodul 201 gespeichert werden. Das endgültige Antriebsverhältnis FD ist eine Konstante für ein bestimmtes Fahrzeug typischerweise durch Multiplikation des Achsenverhältnisses mit dem endgültigen Kettenverhältnis berechnet. Der jeweilige Versatz wird festgelegt in einem gewöhnlichen Kalibriersystem-Identifikationsverfahren, in dem ein Modell des Achsdrehmoments, basierend auf bestimmten Motorausgangsdrehmomenten und Übersetzungsverhältnissen, ermittelt wird und der jeweilige Versatz ausgewählt wird, um die gemessenen Werte am besten mit dem Modell zu verbinden.
Die geschätzte Störung D kann dann vom Linearisierungsmodul 201 ausgegeben werden, um sowohl vom angeforderten Achsdrehmoment Ta_r, das in das MPC-Modul 202 eingegeben wird, als auch vom gemessenen Achsdrehmoment Ta_m, das in das Prädiktionsmodul 204 eingegeben wird, subtrahiert und in Gleichung (7) zur Bestimmung der vorausgesagten Werte verwendet zu werden. Dementsprechend ist der angeforderte Achsdrehmoment-Wert, der vom MPC-Modul 202 verwendet wird, ein angeforderter linearisierter Achsdrehmoment-Wert gleich Ta_r - D. Ebenso ist der gemessene Achsdrehmoment-Wert, der vom Prädiktionsmodul 204 verwendet wird, ein gemessener linearisierter Achsdrehmoment-Wert gleich: Ta_m - D.
Das MPC-Modul 202 enthält ein Kostenmodul 208, das konfiguriert ist, erste Kosten für den ersten Satz von möglichen Sollwerten Te_c, Rat_c zu bestimmen, basierend auf mindestens ersten und zweiten vorherbestimmten Gewichtungswerten, dem ersten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoment-Wert, dem ersten vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs-Wert, dem angeforderten linearisierten Achsdrehmoment-Wert Ta_r - D, dem angeforderten Motorausgangsdrehmoment-Wert Te_r, dem angeforderten Übersetzungsverhältnis-Wert Rat_r und dem angeforderten Kraftstoffverbrauchs-Wert FR_r. Desgleichen ist das Kostenmodul 208 konfiguriert, zweite Kosten für den zweiten Satz von möglichen Sollwerten Te_c, Rat_c zu bestimmen, basierend auf mindestens den ersten oder zweiten vorherbestimmten Gewichtungswerten, dem zweiten vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoment, dem zweiten vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs-Wert, dem angeforderten linearisierten Achsdrehmoment-Wert Ta_r-D, dem angeforderten Motorausgangsdrehmoment-Wert Te_r, dem angeforderten Übersetzungsverhältnis-Wert Rat_r und dem angeforderten Kraftstoffverbrauchs-Wert FR_r. Ebenso können viele zusätzliche Kosten ermittelt werden, basierend auf zusätzlichen Sätzen von vorhergesagten Werten und Sollwerten, um die geringsten Kosten zu erreichen.
Das MPC-Modul 202 kann auch ein Auswahlmodul 210 beinhalten, das konfiguriert ist, einen der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte Te_c, Rat_c auszuwählen, basierend auf den geringsten der ermittelten Kosten und legt einen ausgewählten Motorausgangsdrehmoment-Wert Te_c und einen ausgewählten Übersetzungsverhältnis-Wert Rat_c fest, die gleich oder basierend auf den möglichen Sollwerten Te_c, Rat_c der ausgewählten der Vielzahl möglicher Sätze sind.
Die ausgewählten Sollwerte Te_c und Rat_c werden vom MPC-Modul 202 an die Anlage 103 ausgegeben (siehe 3 und 4). Die multivariable Steuerung 102 oder die Anlage 103 können ein Betätigungsmodul enthalten, das konfiguriert ist, einen Fahrzeugparameter, basierend auf mindestens einem der gewünschten (ausgewählten) Sollwerte Te_c, Rat_c, zu steuern. Die Beschleunigung des Fahrzeugs 9 kann beispielsweise gesteuert werden, um die Kraftstoffverbrauchsrate zu optimieren. In einigen Formen kann das Betätigungsmodul innerhalb des Fahrdynamikmoduls 112, dargestellt in 3, enthalten sein. Jedes beliebige Fahrzeugsystem, das einen Motor- oder Getriebeparameter variiert, kann als Stellgliedmodul bezeichnet werden. In einigen Formen kann beispielsweise das Stellgliedmodul den Motorzündzeitpunkt oder die Drosselklappe variieren, um die Fahrzeugbeschleunigung und/oder das Achsdrehmoment zu steuern.
Das Kostenmodul 202 kann konfiguriert sein, die Vielzahl von Kosten mit der folgenden Kostengleichung (10) zu bestimmen: $C o s t = \sum {(y (i | k) - y_{r e f})}^{T} Q_{Y} (y (i | k) - y_{r e f}) + {(u (i | k) - u_{r e f})}^{T} Q_{U} (u (i | k) - u_{r e f}) + Δ u {(i | k)}^{T} Q_{Δ u} Δ u (i | k)$
$y = [\begin{matrix} T e_a \\ F R_a \\ R a t_a \\ T a_a \end{matrix}]$
$y_{r e f} = [\begin{matrix} T e_r \\ F R_r \\ R a t_r \\ T a_r - D \end{matrix}]$
$u = [\begin{matrix} T e_c \\ R a t_c \end{matrix}]$
$u_{r e f} = [\begin{matrix} T e_r \\ R a t_r \end{matrix}]$
worin Te_a = vorausgesagtes tatsächliches Motorausgangsdrehmoment; FR_a = vorausgesagte tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate; Rat a = vorausgesagtes tatsächliches Übersetzungsverhältnis; Ta_a = vorausgesagtes tatsächliches Achsdrehmoment; Te_r = angefordertes Motorausgangsdrehmoment; FR_r = angeforderte Kraftstoffverbrauchsrate; Rat_r = angefordertes Übersetzungsverhältnis; Ta_r = angefordertes Achsdrehmoment; Te_c = befohlenes Motorausgangsdrehmoment; Rat_c = befohlenes Übersetzungsverhältnis; Q_y = ein erster vorgegebener Gewichtungswert; Q_u = ein zweiter vorgegebener Gewichtungswert; Q_Δu = ein dritter vorgegebener Gewichtungswert; i = Index-Wert; k = Prädiktionsschritt; und T = transponierter Vektor ist. In diesem Fall gibt es zwei Werte für die „u“-Variablen, u₁ und u₂, sodass i = 1, 2 ist, und es kann vier Werte für die „y“-Variablen, y₁, y₂, y₃, y₄ geben, sodass i = 1, 2, 3, 4 ist. Wie oben erläutert, können die y-_ref und u-_ref Werte bestimmt werden durch das stationäre Optimierer-Modul 200, mit dem angeforderten linearisierten Achsdrehmoment-Wert, Ta_r - D, der durch Subtrahieren der Störung D vom angeforderten Achsdrehmoment Ta_r bestimmt wird.
Die Vielzahl von Kosten kann mithilfe der folgenden Gleichung (11) noch spezieller ermittelt werden, die eine MPC-Gleichung mit einem Prädiktionshorizont von drei und ein Steuerhorizont von zwei ist: $\begin{array}{l} C o s t = {λ_{a} * {(T a_a_{k} - T a_r - D)}^{2} + λ_{a} * {(T a_a_{k + 1} - T a_r - D)}^{2} + λ_{a} * {(T a_a_{k + 2} - T a_r - D)}^{2}} + {λ_{f} * {(F R_a_{k} - F R_r)}^{2} + \\ λ_{f} * {(F R_a_{k + 1} - F R_r)}^{2} + λ_{f} * {(F R_a_{k + 2} - F R_r)}^{2}} + {λ_{e} * {(T e_c_{k} - T e_r)}^{2} + λ_{e} * {(T e_c_{k + 1} - T e_r)}^{2}} + \\ {λ_{r} * {(R a t_c_{k} - R a t_r)}^{2} + λ_{r} * {(R a t_c_{k + 1} - R a t_r)}^{2}} + {λ_{Δ r} * {(Δ R a t_c_{k})}^{2} + λ_{Δ r} * {(Δ R a t_c_{k + 1})}^{2}} + {λ_{Δ e} * {(Δ T e_c_{k})}^{2} + \\ λ_{Δ e} * {(Δ T e_c_{k + 1})}^{2}} \end{array}$
worin λ_a = ein erster vorgegebener Gewichtungswert; Ta_a_k = vorausgesagtes tatsächliches Achsdrehmoment an einem Prädiktionsschritt k; Ta_r = angefordertes Achsdrehmoment; D = geschätzte Störung; Ta_a_k+1 = vorausgesagtes tatsächliches Achsdrehmoment an einem Prädiktionsschritt k+1; Ta_a_k+2 = vorausgesagtes tatsächliches Achsdrehmoment an einem Prädiktionsschritt k+2; λ_f = ein zweiter vorgegebener Gewichtungswert; FR_a_k = vorausgesagte tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate an Prädiktionsschritt k; FR_r = angeforderte Kraftstoffverbrauchsrate; FR_a_k+1 = vorausgesagte tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate an Prädiktionsschritt k+1; FR_a_k+2 = vorausgesagte tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate an Prädiktionsschritt k+2; λ_e = ein dritter vorgegebener Gewichtungswert; Te_c_k = befohlenes Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k; Te_r = angefordertes Motorausgangsdrehmoment; Te_c_k+1 = befohlenes Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k+1; λ_r = ein vierter vorgegebener Gewichtungswert; Rat_c_k = angefordertes Übersetzungsverhältnis an Prädiktionsschritt k; Rat_r = angefordertes Übersetzungsverhältnis; Rat_c_k+1 = befohlenes Übersetzungsverhältnis an Prädiktionsschritt k+1; λ_Δr = ein fünfter vorgegebener Gewichtungswert; ΔRat_c_k = Änderung des befohlenen Übersetzungsverhältnisses an Prädiktionsschritt k; ΔRat_c_k+1 = Änderung des befohlenen Übersetzungsverhältnisses an Prädiktionsschritt k+1; λ_Δe = ein sechster vorgegebener Gewichtungswert; ΔTe_c_k = Änderung des befohlenen Motorausgangsdrehmoments an Prädiktionsschritt k; und ΔTe_c_k+1 = Änderung des befohlenen Motorausgangsdrehmoments an Prädiktionsschritt k+1 ist. Der Prädiktionsschritt k ist die Vorhersage an einem aktuellen Schritt, der Prädiktionsschritt k+1 ist eine Vorhersage einen Schritt voraus und der Prädiktionsschritt k+2 ist eine Vorhersage zwei Schritte voraus. Wie vorstehend erläutert, können die y-_Referenz- und u-_Referenz-Werte ermittelt werden durch das stationäre Optimierer-Modul 200.
Die Kostengleichung (z. B. Gleichung (10) oder (11)) kann angewendet werden, iterativ die geringsten Kosten für eine Vielzahl von Sätzen von möglichen Sollwerten Te_c, Rat_c zu erreichen, worin die Mehrzahl von Sätzen von möglichen Sollwerten Te_c, Rat_c die ersten und zweiten Sätze von möglichen Sollwerten sowie eine Anzahl anderer möglicher Sätze von Sollwerten für Te_c, Rat_c beinhaltet. Dann kann das Auswahlmodul 210 den Satz möglicher Sollwerte Te_c, Rat_c der Vielzahl von Sollwerten mit den geringsten Kosten auswählen, worin der Satz der möglichen Sollwerte Te_c, Rat_c mit den geringsten Kosten als der ausgewählte Satz definiert werden kann, einschließlich des ausgewählten Übersetzungsverhältnisses Rat_c und des anfänglich ausgewählten Motorausgangsdrehmoment-Werts Te_c. Desgleichen kann das Kostenmodul 208 eine Oberflächendarstellung der Kosten der möglichen Sätze von Sollwerten Te_c, Rat_c erzeugen. Das Kostenmodul 208 und/oder das Auswahlmodul 210 können dann den möglichen Satz mit den geringsten Kosten, basierend auf der Kurvensteilheit der Kostenkurve, feststellen.
Die Kostengleichung (z. B. Gleichung (10) oder (11)) kann den folgenden Einschränkungen 105, 107 unterliegen: $T e_{min} \leq T e_c_{k} \leq T e_{max};$
$T e_{min} \leq T e_c_{k + 1} \leq T e_{max};$
$R a t_{min} \leq R a t_c_{k} \leq R a t_{max};$
$R a t_{min} \leq R a t_c_{k + 1} \leq R a t_{max};$
$Δ R a t_c_{min} \leq Δ R a t_c_{k} \leq Δ R a t_c_{max};$
$Δ R a t_c_{min} \leq Δ R a t_c_{k + 1} \leq Δ R a t_c_{max};$
$Δ T e_c_{min} \leq Δ T e_c_{k} \leq Δ T e_c_{max};$
und $Δ T e_c_{min} \leq Δ T e_c_{k + 1} \leq Δ T e_c_{max},$
worin Temin = ein minimal mögliches Motorausgangsdrehmoment, Te_max = ein maximal mögliches Motorausgangsdrehmoment, Rat_min = ein minimal mögliches Übersetzungsverhältnis, Rat_max = ein maximal mögliches Übersetzungsverhältnis, ΔRat_c_min = eine minimal mögliche Änderung des Übersetzungsverhältnisses; ΔRat_c_max = eine maximal mögliche Änderung des Übersetzungsverhältnisses; ΔTe_c_min = eine minimal mögliche Änderung des Motorausgangsdrehmoments und ΔTe_c_max = eine maximal mögliche Änderung des Motorausgangsdrehmoments ist, wobei die Beschränkungen 105, 107 beispielsweise durch das ECM 38 und das TCM 40 bereitgestellt werden können.
Die vorstehend aufgeführten Konstanten, Matrizen und Verstärkungen einschließlich A, B, C, K_KF, Q_y, Q_u, Q_Δu, λ_a, λ_f, λ_e, λ_r, λ_Δe, λ_Δr sind Parameter des Systems, die ermittelt wurden durch Prüfungen, physikalische Modelle oder andere Mittel. In einigen Variationen wird ein Systemidentifikationsverfahren offline durchlaufen, beispielsweise bei einer Kalibrierung zum Identifizieren der Konstanten, Matrizen und Verstärkungen und auch zum Definieren von uo und yo. Sobald uo und yo bekannt sind, kann xo von den Prädiktionsmodulgleichungen (z. B. Gleichungen (5)-(7) oder einer Teilmenge davon) berechnet werden. Danach kann jede der Prädiktionsmodul- 204 und MPC-Modul- 202 Gleichungen (z. B. Gleichungen (5)-(7), (10) und (11) oder eine Teilmenge davon) ausgeführt werden, um Offline die Anfangswerte zu erhalten. Dann kann das Steuersystem 102 Online ausgeführt werden, um die gesteuerten Parameter Te_c und Rat_c konstant zu optimieren, wenn das Fahrzeug 9 stationäre und nicht stationäre Zustände durchläuft. Die Konstanten erlauben das Ermitteln der Kosten, basierend auf der Beziehung zwischen und der relativen Bedeutung eines jeden der befohlenen Werte Te_c, Rat_c und der nachverfolgten Werte (z. B. FR_m, Ta_m, Rat_m, Te_m). Die Beziehungen werden gewichtet, um den Effekt, den jede Beziehung auf die Kosten hat, zu steuern.
In einigen Formen kann das MPC-Modul 202 die möglichen Sätze von Sollwerten Te_c, Rat_c durch Ermitteln möglicher Sequenzen, Sätze oder einer Oberfläche erzeugen, die die Sollwerte Te_c, Rat_c enthält, die für zukünftige N-Regelkreise verwendet werden können. Das Prädiktionsmodul 204 kann vorausgesagte Reaktionen auf die möglichen Sätze der befohlenen Sollwerte Te_c, Rat_c unter Verwendung der Prädiktionsmodul-Gleichungen (z. B. Gleichungen (15)-(17) oder eine Teilmenge davon) ermitteln. Das Prädiktionsmodul 204 kann beispielsweise einen Satz von vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmomenten Ta_a und einen Satz von vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchsraten FR_a für N Regelkreise ermitteln.
Genauer kann ein Satz von N Werten für jeden Sollwert Te_c, Rat_c ermittelt werden, und ein Satz von M Werten für jeden vorausgesagten tatsächlichen Wert Ta_a, FR_a kann anhand der N Sollwerte Te_c, Rat_c ermittelt werden. Das Kostenmodul 208 kann dann den Kostenwert für jeden der möglichen Sätze von Sollwerten Te_c, Rat_c, basierend auf den vorausgesagten tatsächlichen Parametern Ta_a, FR_a ermitteln (was Ta_a_k , Ta_a_k+1, Ta_a_k+2, FR_a_k , FR_a_k+1und FR_a_k+2, abhängig von der verwendeten besonderen Kostengleichung (13), (14) beinhalten kann). Das Auswahlmodul 210 kann dann einen der möglichen Sätze der Sollwerte Te_c, Rat_c, basierend auf den Kosten der möglichen Sätze auswählen. Das Auswahlmodul 210 kann beispielsweise den möglichen Satz von Sollwerten Te_c, Rat c mit den geringsten Kosten auswählen, während es gleichzeitig die Systembeschränkungen 105, 107 erfüllt (z. B. Temin < Te_c_k < Te_max; Temin < Te_c_k+1 < Te_max; Rat_min < Rat_c_k < Rat_max; Rat_min < Rat_c_k+1 < Rat_max; ΔTe_c_min < ΔTe_c_k < ΔTe_c_max; ΔTe_c_min < ΔTe_c_k+1 < ΔTe_c_max; ΔRat_c_min < ΔRat_c_k < ΔRat_c_max; ΔRat_c_min < ΔRat_c_k+1 < ΔRat_c_max).
In einigen Formen kann das Erfüllen der Beschränkungen 105, 107 bei der Kostenbestimmung berücksichtigt werden. Das Kostenmodul 208 kann beispielsweise die Kostenwerte weiterhin ausgehend von den Beschränkungen 105, 107 ermitteln und das Auswahlmodul 210 kann den möglichen Satz von Sollwerten Te_c, Rat_c auswählen, der am besten die Achsdrehmomentanforderung Ta unter Minimierung der Kraftstoffverbrauchsrate FR erreicht, die ermittelt wurde, um die Beschränkungen 105, 107 zu erfüllen.
Bei stationärem Betrieb können die Sollwerte Te_c, Rat c an oder nahe der Referenz bzw. den angeforderten Werten Te_r, Rat_r liegen. Im nicht stationären Betrieb kann jedoch das MPC-Modul 202 die Sollwerte Te_c, Rat_c im Abstand zu den Referenzwerten Te_c, Rat c anpassen, um bestmöglich die Drehmomentanforderung Ta_r zu erreichen, bei gleichzeitiger Minimierung der Kraftstoffverbrauchsrate FR und Erfüllung der Beschränkungen 105, 107.
Im Betrieb kann das MPC-Modul 202 die Kostenwerte für die möglichen Sätze von geregelten und vorausgesagten Werten (u, y) bestimmen. Das MPC-Modul 202 kann dann einen der möglichen Sätze mit den geringsten Kosten auswählen. Das MPC-Modul 202 kann als nächstes ermitteln, ob der ausgewählte mögliche Satz die Beschränkungen 105, 107 erfüllt. Wenn dies der Fall ist, kann der mögliche Satz als der ausgewählte Satz definiert werden. Wenn nicht, ermittelt das MPC-Modul 202 den Satz mit den geringsten Kosten, der die Beschränkungen 105, 107 erfüllt, und definiert diesen Satz als den ausgewählten Satz. Der ausgewählte Sollwert Rat_c wird von dem MPC-Modul 202 an die Anlage 103 ausgegeben (siehe 4).
Die Begriffe Steuergerät, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis(e) (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), Zentraleinheit(en) wie z. B. Mikroprozessor(en) und diesen zugeordnete nicht-flüchtige Speicherkomponenten in Form von Speicher- und Speichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.). Die nicht transitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Anweisungen in der Form eines oder mehrerer Software- oder Firmware-Programme oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und -Vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch den einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen.
Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und Vorrichtungen beinhalten Analog-/Digitalwandler und verwandte Geräte, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder in Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Befehle, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf sämtliche von einer Steuereinheit ausführbaren Befehlssätze, wie z. B. Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Jede Steuereinheit führt Steuerroutine(n) aus, um die gewünschten Funktionen, darunter auch die Überwachung der Eingaben von Sensorgeräten und anderen vernetzten Steuereinheiten, bereitzustellen, und führt zudem Steuer- und Diagnoseroutinen aus, um die Betätigung von Stellgliedern zu steuern. Die Routinen können in regelmäßigen Intervallen, wie z. B. während des laufenden Betriebs alle 100 Mikrosekunden, ausgeführt werden. Alternativ dazu können Routinen in Reaktion auf ein Auslöseereignis ausgeführt werden.
Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und zwischen Steuerungen, Stellgliedern und/oder Sensoren kann über eine Direktverkabelung, eine vernetzte Kommunikationsbus-Verbindung, eine drahtlose Verbindung oder jede andere geeignete Kommunikationsverbindung bewerkstelligt werden. Kommunikationsinhalte beinhalten das Austauschen von Datensignalen auf jede beliebige geeignete Art und Weise, einschließlich z. B. elektrischer Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetischer Signale über die Luft, optischer Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen.
Datensignale können unter anderem Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren repräsentieren, Signale, die Stellgliedbefehle und Kommunikationssignale zwischen Steuerungen repräsentieren. Der Begriff „Modell“ bezeichnet einen prozessorbasierten oder einen über einen Prozessor ausführbaren Code und die zugehörige Kalibrierung, die die physische Existenz einer Vorrichtung oder eines physischen Prozesses simuliert. Wie hier verwendet, beschreiben die Begriffe ,dynamisch‘ und ,in dynamischer Weise‘ Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und gekennzeichnet sind durch das Überwachen oder sonstiges Bestimmen der Parameterzustände und dem regelmäßigen oder periodischen Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen einer Routine oder zwischen Iterationen beim Ausführen der Routine.
Das Steuersystem 100 kann konfiguriert sein, jeden Schritt eines Verfahrens, wie in den Ansprüchen definiert, auszuführen. Somit kann die gesamte Beschreibung, bezogen auf 1-6, vom Steuersystem 100 angewendet werden, um das Verfahren nach dem Anspruch auszuführen. Ferner kann das Steuersystem 100 eine Steuerung sein oder beinhalten, die eine Anzahl von Steuerlogiken einschließt, die konfiguriert sind, die Schritte des Verfahrens auszuführen.
Die Steuerung(en) des Steuersystems 100 kann/können ein computerlesbares Medium (auch als prozessorlesbares Medium bezeichnet) beinhalten, einschließlich aller nicht transitorischen (z. B. konkreten) Medien, die an der Bereitstellung von Daten (z. B. Anweisungen) beteiligt sind, die von einem Computer gelesen werden können (z. B. durch den Prozessor eines Computers). Ein solches Medium kann viele Formen annehmen, einschließlich, aber nicht beschränkt darauf, nichtflüchtige Medien und flüchtige Medien. Nichtflüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Platten und andere persistente Speicher beinhalten. Flüchtige Medien können zum Beispiel dynamische Direktzugriffsspeicher (DRAM) beinhalten, die einen Hauptspeicher darstellen können. Derartige Anweisungen können von einem oder mehreren Übertragungsmedien, einschließlich Koaxialkabel, Kupferdraht und Faseroptik übertragen werden, einschließlich der Drähte, die einen mit dem Prozessor gekoppelten Systembus beinhalten. Einige Formen von computerlesbaren Medien beinhalten beispielsweise eine Floppy Disk, eine flexible Platte, Festplatte, Magnetband, jedes andere magnetische Medium, eine CD-ROM, DVD, jedes andere optische Medium, Lochkarten, Lochstreifen, jedes andere physische Medium mit Lochmustern, einen RAM, einen PROM, einen EPROM, einen FLASH-EEPROM, jeden anderen Speicherchip oder jede andere Speicherkassette oder jedes andere Medium, von dem ein Computer lesen kann.
Nachschlagetabellen, Datenbanken, Datendepots oder andere hierin beschriebene Datenspeicher können verschiedene Arten von Mechanismen zum Speichern, zum Zugreifen und zum Abrufen verschiedener Arten von Daten beinhalten, einschließlich einer hierarchischen Datenbank, eines Satzes von Dateien in einem Dateisystem, einer Anwendungsdatenbank in einem proprietären Format, eines relationalen Datenbankverwaltungssystems (RDBMS) usw. Jeder dieser Datenspeicher kann in einem Computergerät beinhaltet sein, das ein Computerbetriebssystem wie beispielsweise eines der vorstehend aufgeführten einsetzt und auf das über ein Netzwerk in einer oder mehreren der Vielzahl von Arten zugegriffen werden kann. Ein Dateisystem kann durch ein Computerbetriebssystem zugänglich sein und Dateien beinhalten, die in verschiedenen Formaten gespeichert sind. Ein RDBMS kann die Structured Query Language (SQL) zusätzlich zu einer Sprache zum Erstellen, Speichern, Bearbeiten und Ausführen gespeicherter Prozeduren, wie beispielsweise die vorstehend aufgeführte PL/SQL-Sprache, einsetzen.
Die ausführliche Beschreibung sowie die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben viele Aspekte der vorliegenden Offenbarung. Während bestimmte Aspekte im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Aspekte in den beigefügten Ansprüchen.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs, das Verfahren umfassend: Bestimmen einer Vielzahl von angeforderten Werten einschließlich einem ersten angeforderten Wert; Bestimmen einer Vielzahl von gemessenen Werten einschließlich einem ersten gemessenen Wert, einem zweiten gemessenen Wert und einem dritten gemessenen Wert; Bestimmen einer geschätzten Störung, basierend auf einem Modell einer Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten gemessenen Wert; Subtrahieren der geschätzten Störung vom ersten angeforderten Wert, um einen angeforderten linearisierten Wert festzulegen; Subtrahieren der geschätzten Störung von dem dritten gemessenen Wert, um einen gemessenen linearisierten Wert festzulegen; Bestimmen einer Vielzahl von vorausgesagten Werten, teilweise basierend auf der Vielzahl von gemessenen Werten einschließlich dem gemessenen linearisierten Wert; Erzeugen einer Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte; Bestimmen der Kosten für jeden Satz möglicher Sollwerte der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte, basierend auf einem ersten vorgegebenen Gewichtungswert, einem zweiten vorgegebenen Gewichtungswert, der Vielzahl von vorausgesagten Werten und der Vielzahl von angeforderten Werten einschließlich dem angeforderten linearisierten Wert; Bestimmen, welcher Satz möglicher Sollwerte der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte die geringsten Kosten hat; und Auswahl des Satzes möglicher Sollwerte mit den geringsten Kosten, um einen Satz von ausgewählten Sollwerten zu definieren.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der erste gemessene Wert ein Motorparameter ist und der zweite gemessene Wert ein Übertragungsparameter ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der erste gemessene Wert ein gemessenes Motorausgangsdrehmoment, der zweite gemessene Wert ein gemessenes Übersetzungsverhältnis, der dritte gemessene Wert ein gemessenes Achsdrehmoment und der erste angeforderte Wert ein angefordertes Achsdrehmoment ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die geschätzte Störung mit folgender Gleichung bestimmt wird: $D = {\frac{(R a t_m_{k} * 100 - R a t_{o f f}) (T e_m_{k} - T e_o f f) F D}{100}} - L o s s (R a t_m_{k}, R P M_m_{k}, T e_m_{k})$
worin D die geschätzte Störung, FD ein endgültiges Antriebsverhältnis, Rat_m_k das gemessene Übersetzungsverhältnis an einem Prädiktionsschritt k, Rat_off ein nominaler Versatz festgelegt durch die Verhältnis-Modell-Linearisierung, Te_m_k das gemessene Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k, Te_off ein nominaler Versatz festgelegt durch Motordrehmoment-Modell-Linearisierung, Verlust ein mechanischer Verlustfaktor und RPM_m_k eine gemessene Motordrehzahl an Prädiktionsschritt k ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend das Steuern eines Fahrzeugparameters, basierend auf mindestens einem ausgewählten Sollwert des Satzes ausgewählter Sollwerte.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte eine Vielzahl möglicher befohlener Motorausgangsdrehmoment-Werte und eine Vielzahl möglicher befohlener Übersetzungsverhältnis-Werte beinhaltet und der Satz ausgewählter Sollwerte einen ausgewählten Motorausgangsdrehmoment-Wert und einen ausgewählten Übersetzungsverhältnis-Wert beinhaltet, das Verfahren ferner umfassend: Erzeugen einer Vielzahl von vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoment-Werten und eine Vielzahl von vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs-Werten, basierend auf der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte; und Bestimmen der Kosten für jeden Satz möglicher Sollwerte ferner basierend auf einem vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoment-Wert der Vielzahl von vorausgesagten Achsdrehmoment-Werten und ein vorausgesagter tatsächlicher Kraftstoffverbrauchs-Wert der Vielzahl von vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs-Werten, das Verfahren ferner umfassend das Bestimmen der Vielzahl von vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoment-Werten und der Vielzahl von vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs-Werten mit dem folgenden Satz von Gleichungen: $x_{k + 1} = {A * x_{k} + B * [\begin{matrix} T e_c \\ R a t_c_{k} \end{matrix}] + v} + K_{K F} * ([\begin{matrix} T e_m_{k} \\ F R_m_{k} \\ R a t_m_{k} \\ T a_m_{k} - D \end{matrix}] - [\begin{matrix} T e_a_{k} \\ F R_a_{k} \\ R a t_a_{k} \\ T a_a_{k} \end{matrix}])$
$[\begin{matrix} T a_a_{k + 1} \\ F R_a_{k + 1} \end{matrix}] = C * x_{k + 1} + w$
wobei x_k+1 = Zustandsvariable an Prädiktionsschritt k+1; x_k = Zustandsvariable an Prädiktionsschritt k; A= eine erste Zustandsmatrix; B = eine Eingangsmatrix; Te_c = befohlenes Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k; Rat_c_k = befohlenes Übersetzungsverhältnis an Prädiktionsschritt k; K_KF = eine Kalman-Filter-Verstärkung; Te_a_k = vorausgesagtes tatsächliches Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k; FR_a_k = vorausgesagte tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate an Prädiktionsschritt k; Rat_a_k = vorausgesagtes tatsächliches Übersetzungsverhältnis an Prädiktionsschritt k; Ta_a_k = vorausgesagtes tatsächliches Achsdrehmoment an Prädiktionsschritt k; Te_m_k = gemessenes Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k; FR_m_k = gemessene Kraftstoffverbrauchsrate an Prädiktionsschritt k; Rat_m_k = gemessenes Übersetzungsverhältnis an Prädiktionsschritt k; Ta_m_k = gemessenes Achsdrehmoment an Prädiktionsschritt k; D=geschätzte Störung; Ta_a_k+1 = vorausgesagtes tatsächliches Achsdrehmoment an Prädiktionsschritt k+1; FR_a_k+1 = vorausgesagte tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate an Prädiktionsschritt k+1; C = eine Ausgangsmatrix; v = Verfahrens-Rauschen; und w = Messrauschen.
Ein Steuersystem für ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs mit einem Getriebe und einem Motor, das Steuersystem umfassend: Einen Referenzgenerator konfiguriert, eine Vielzahl von angeforderten Werten mit einem ersten angeforderten Wert zu erzeugen; ein Linearisierungsmodul konfiguriert, eine geschätzte Störung zu erzeugen, basierend auf einem Modell einer Beziehung zwischen einem ersten und zweiten gemessenen Wert, das Steuersystem ist konfiguriert, die geschätzte Störung vom ersten angeforderten Wert zu subtrahieren, um einen angeforderten linearisierten Wert festzulegen, und das Steuersystem ist konfiguriert, die Störung von einem dritten gemessenen Wert zu subtrahieren, um einen gemessenen linearisierten Wert festzulegen; ein Prädiktionsmodul konfiguriert, eine Vielzahl von vorausgesagten Werten zu erzeugen, teilweise basierend auf dem ersten gemessenen Wert, dem zweiten gemessenen Wert und dem gemessenen linearisierten Wert; ein Befehlsgeneratormodul konfiguriert, eine Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte zu erzeugen; ein Kostenmodul für Folgendes konfiguriert: Bestimmen der Kosten für jeden Satz möglicher Sollwerte der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte, basierend auf einem ersten vorgegebenen Gewichtungswert, einem zweiten vorgegebenen Gewichtungswert, der Vielzahl von vorausgesagten Werten und der Vielzahl von angeforderten Werten einschließlich dem angeforderten linearisierten Wert; und Bestimmen, welcher Satz möglicher Sollwerte der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte die geringsten Kosten aufweist; und ein Auswahlmodul konfiguriert, den Satz möglicher Sollwerte mit den geringsten Kosten auszuwählen, um einen Satz von ausgewählten Sollwerten zu definieren.
Steuersystem nach Anspruch 7, worin der erste gemessene Wert ein gemessenes Motorausgangsdrehmoment, der zweite gemessene Wert ein gemessenes Übersetzungsverhältnis, der dritte gemessene Wert ein gemessenes Achsdrehmoment ist, und der erste angeforderte Wert ein angefordertes Achsdrehmoment ist, und worin das Linearisierungsmodul konfiguriert ist, die geschätzte Störung mit der folgenden Gleichung zu erzeugen: $D = {\frac{(R a t_m_{k} * 100 - R a t_{o f f}) (T e_m_{k} - T e_o f f) F D}{100}} - L o s s (R a t_m_{k}, R P M_m_{k}, T e_m_{k})$
worin D die geschätzte Störung, FD ein endgültiges Antriebsverhältnis, Rat_m_k das gemessene Übersetzungsverhältnis an Prädiktionsschritt k, Rat_off eine nominaler Versatz festgelegt durch die Verhältnis-Modell-Linearisierung, Te_m_k das gemessene Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k, Te_off ein nominaler Versatz festgelegt durch die Motordrehmoment-Modell-Linearisierung, Verlust ein mechanischer Verlustfaktor und RPM_m_k eine gemessene Motordrehzahl an Prädiktionsschritt k ist, das Steuersystem ferner umfassend ein Betätigungsmodul konfiguriert, einen Fahrzeugparameter zu steuern, basierend auf mindestens einem ausgewählten Sollwert des Satzes ausgewählter Sollwerte.
Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend: einen Motor, um ein Kraftfahrzeug anzutreiben, wobei der Motor eine Motorausgangswelle hat, die konfiguriert ist, das Motorausgangsdrehmoment zu übertragen; ein stufenloses Getriebe mit einer Variatorbaugruppe, die eine erste Riemenscheibe und eine zweite Riemenscheibe einschließt, wobei die erste und zweite Riemenscheibe drehbar mittels eines drehbaren Elements gekoppelt sind, wobei mindestens entweder die erste oder die zweite Riemenscheibe eine bewegbare Scheibe einschließt, die entlang einer Achse übersetzbar ist, um selektiv ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Motorausgangswelle und einer Getriebeausgangswelle zu ändern; eine Antriebsachse ist konfiguriert, über die Getriebeausgangswelle angetrieben zu werden, wobei die Antriebsachse konfiguriert ist, ein Achsdrehmoment an einen Radsatz auszugeben; und ein Steuersystem, umfassend: ein Referenzgeneratormodul konfiguriert, eine Vielzahl von angeforderten Werten zu erzeugen, einschließlich eines angeforderten Achsdrehmoment-Werts; ein Linearisierungsmodul konfiguriert, eine geschätzte Störung zu erzeugen, basierend auf einem Modell einer Beziehung zwischen einem gemessenen Motorausgangsdrehmoment-Wert und einem gemessenen Übersetzungsverhältnis-Wert, das Steuersystem konfiguriert, die geschätzte Störung vom angeforderten Achsdrehmoment-Wert zu subtrahieren, um einen angeforderten linearisierten Achsdrehmoment-Wert festzulegen, und das Steuersystem konfiguriert, die geschätzte Störung von einem gemessenen Achsdrehmoment-Wert zu subtrahieren, um einen gemessenen linearisierten Achsdrehmoment-Wert festzulegen; ein Befehlsgeneratormodul konfiguriert, eine Vielzahl von Sätzen von möglichen Sollwerten zu erzeugen; ein Prädiktionsmodul konfiguriert, eine Vielzahl von vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoment-Werten und eine Vielzahl von vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs-Werten zu erzeugen, basierend auf der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte, dem gemessenen Motorausgangsdrehmoment-Wert, dem gemessenen Übersetzungsverhältnis-Wert und dem gemessenen linearisierten Achsdrehmoment-Wert, der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte einschließlich einer Vielzahl möglicher befohlener Übersetzungsverhältnis-Werte und einer Vielzahl möglicher befohlener Motorausgangsdrehmoment-Werte; ein Kostenmodul für Folgendes konfiguriert: Bestimmen der Kosten für jeden Satz möglicher Sollwerte der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte, basierend auf einem ersten vorgegebenen Gewichtungswert, einem zweiten vorgegebenen Gewichtungswert, der Vielzahl von vorausgesagten Werten und der Vielzahl von angeforderten Werten einschließlich dem angeforderten linearisierten Achsdrehmoment-Wert; und Bestimmen, welcher Satz möglicher Sollwerte der Vielzahl von Sätzen möglicher Sollwerte die geringsten Kosten aufweist; ein Auswahlmodul konfiguriert, den Satz möglicher Sollwerte mit den geringsten Kosten auszuwählen, um einen Satz von ausgewählten Sollwerten auszuwählen; und ein Betätigungsmodul, das konfiguriert ist, einen Fahrzeugparameter zu steuern, basierend auf mindestens einem ausgewählten Sollwert des Satzes der ausgewählten Sollwerte.
Das Antriebssystem nach Anspruch 9, worin die Linearisierung konfiguriert ist, die geschätzte Störung mit der folgenden Gleichung zu erzeugen: $D = {\frac{(R a t_m_{k} * 100 - R a t_{o f f}) (T e_m_{k} - T e_o f f) F D}{100}} - L o s s (R a t_m_{k}, R P M_m_{k}, T e_m_{k})$
worin D die geschätzte Störung, FD ein endgültiges Antriebsverhältnis, Rat_m_k das gemessene Übersetzungsverhältnis an Prädiktionsschritt k, Rat_off ein nominaler Versatz festgelegt durch die Verhältnis-Modell-Linearisierung, Te_m_k das gemessene Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k, Te_off ein nominaler Versatz festgelegt durch die Motordrehmoment-Modell-Linearisierung, Verlust ein mechanischer Verlustfaktor und RPM_m_k eine gemessene Motordrehzahl an Prädiktionsschritt k ist und worin das Prädiktionsmodul konfiguriert ist, die Vielzahl von vorausgesagten tatsächlichen Achsdrehmoment-Werten und die Vielzahl von vorausgesagten tatsächlichen Kraftstoffverbrauchs-Werten mit dem folgenden Satz von Gleichungen zu bestimmen: $x_{k + 1} = {A * x_{k} + B * [\begin{matrix} T e_c \\ R a t_c_{k} \end{matrix}] + v} + K_{K F} * ([\begin{matrix} T e_m_{k} \\ F R_m_{k} \\ R a t_m_{k} \\ T a_m_{k} - D \end{matrix}] - [\begin{matrix} T e_a_{k} \\ F R_a_{k} \\ R a t_a_{k} \\ T a_a_{k} \end{matrix}])$
$[\begin{matrix} T a_a_{k + 1} \\ F R_a_{k + 1} \end{matrix}] = C * x_{k + 1} + w$
wobei x_k+1 = Zustandsvariable an Prädiktionsschritt k+1; x_k = Zustandsvariable an Prädiktionsschritt k; A= eine erste Zustandsmatrix; B = eine Eingangsmatrix; Te_c = befohlenes Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k; Rat_c_k = befohlenes Übersetzungsverhältnis an Prädiktionsschritt k; K_KF = eine Kalman-Filter-Verstärkung; Te_a_k = vorausgesagtes tatsächliches Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k; FR_a_k = vorausgesagte tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate an Prädiktionsschritt k; Rat_a_k = vorausgesagtes tatsächliches Übersetzungsverhältnis an Prädiktionsschritt k; Ta_a_k = vorausgesagtes tatsächliches Achsdrehmoment an Prädiktionsschritt k; Te_m_k = gemessenes Motorausgangsdrehmoment an Prädiktionsschritt k; FR_m_k = gemessene Kraftstoffverbrauchsrate an Prädiktionsschritt k; Rat_m_k = gemessenes Übersetzungsverhältnis an Prädiktionsschritt k; Ta_m_k = gemessenes Achsdrehmoment an Prädiktionsschritt k; D=geschätzte Störung; Ta_a_k+1 = vorausgesagtes tatsächliches Achsdrehmoment an Prädiktionsschritt k+1; FR_a_k+1 = vorausgesagte tatsächliche Kraftstoffverbrauchsrate an Prädiktionsschritt k+1; C = eine Ausgangsmatrix; v = Prozessrauschen; und w = Messrauschen ist.