DE102018127998A1

DE102018127998A1 - Umkehren des strömungsmodells unter verwendung eines mehrdimensionalen suchalgorithmus

Info

Publication number: DE102018127998A1
Application number: DE102018127998.1A
Authority: DE
Inventors: Gabriele Giraudo
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2038-11-09
Also published as: US10119454B1; CN109779735A; DE102018127998B4; CN109779735B

Abstract

Ein System und Verfahren zum Steuern von Motorkühlmittel, das Folgendes beinhaltet: das Erzeugen einer von einer Vielzahl von Zonenströmungsanforderungen für Motorkühlmittel, das Erzeugen einer ersten Suchzone, das Bestimmen einer Vielzahl von Schlüsselpunkten für die erste Suchzone, das Bestimmen einer einzigartigen Kombination von Befehlen für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten in der ersten Suchzone, das Bestimmen einer Durchflussrate, die jedem Befehl für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten zugeordnet ist, das Berechnen der Gesamtkosten für jeden Schlüsselpunkt unter Verwendung eines absolut normierten Fehlers für jede Durchflussrate jedes Befehls für jeden Schlüsselpunkt, das Bestimmen eines ersten gewinnenden Schlüsselpunkts, der den niedrigsten Gesamtkosten zugeordnet ist, und das Steuern einer Vielzahl von Stellgliedern basierend auf den Befehlen, die dem ersten gewinnenden Schlüsselpunkt zugeordnet sind.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren und insbesondere auf Systeme und Verfahren zum Steuern des Kühlmittelstroms durch Umkehren des Strömungsmodells unter Verwendung eines mehrdimensionalen Suchalgorithmus.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt sieht Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung vor, bei denen es sich nicht notwendigerweise um den Stand der Technik handelt.
Fahrzeuge beinhalten eine oder mehrere Drehmoment erzeugende Vorrichtungen, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor und/oder einen Elektromotor. Das Drehmoment wird vom Verbrennungsmotor durch die Verbrennung von Luft und Kraftstoff innerhalb der Zylinder erzeugt. Die Verbrennung von Luft und Kraftstoff, bekannt als der Verbrennungshub, erzeugt Wärme und Abgase. Das Motorkühlmittel absorbiert und überträgt Wärme von den verschiedenen Teilen eines Kühlsystems des Fahrzeugs auf Luft oder überträgt Wärme vom Motorkühlmittel auf verschiedene Teile eines Kühlsystems des Fahrzeugs.
Kühlmittelsteuerungssysteme für ein Fahrzeug steuern den Motorkühlmittelstrom durch verschiedene Komponenten eines Kühlsystems, wie beispielsweise einen Kühler, einen Motorölkühler, den Getriebeölkühler und einen Kabinenwärmetauscher. Der Kühlmittelstrom des Motors wird durch Einstellen der Position eines oder mehrerer Kühlmittelventile und durch Einstellen der Drehzahl einer Kühlmittelpumpe gesteuert. Wenn das Motorkühlmittel auf eine gewünschte Temperatur abgekühlt wird, wird das Motorkühlmittel durch das Kühlsystem zurückgeführt.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt sieht eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung vor und ist keine umfassende Offenbarung des vollständigen Schutzumfangs oder aller Merkmale.
Ein System ist vorgesehen und beinhaltet ein Kühlmittelsteuerungssystem, einschließlich eines Strömungsumkehrmoduls. Das Strömungsumkehrmodul erzeugt eine von einer Vielzahl von Zonenströmungsanforderungen für Motorkühlmittel basierend auf einer Vielzahl von Kühlmitteltemperatursensoren, wobei jede der Zonenströmungsanforderungen einer jeweiligen Zone eines Kühlmittelsystems entspricht, erzeugt als Reaktion auf Empfangen der Vielzahl von Zonenströmungsanforderungen für Motorkühlmittel eine erste Suchzone, bestimmt eine Vielzahl von Schlüsselpunkten für die erste Suchzone, bestimmt eine einzigartige Kombination von Befehlen für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten in der ersten Suchzone, wobei die einzigartige Kombination von Befehlen einen Befehl für jedes Stellglied aus einer Vielzahl von Stellgliedern des Kühlmittelsystems beinhaltet, bestimmt eine Durchflussrate, die jedem Befehl für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten zugeordnet ist, berechnet die Gesamtkosten für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten in der ersten Suchzone, wobei die Gesamtkosten unter Verwendung eines absolut normierten Fehlers für jede Durchflussrate jedes Befehls für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten in der ersten Suchzone berechnet werden, bestimmt einen ersten gewinnenden Schlüsselpunkt in der ersten Suchzone, der den niedrigsten Gesamtkosten aus der Vielzahl von Schlüsselpunkten zugeordnet ist, und erzeugt Befehle in Bezug auf den ersten gewinnenden Schlüsselpunkt. Ein Strömungssteuermodul, das die Vielzahl von Stellgliedern basierend auf den Befehlen steuert, die durch das Strömungsumkehrmodul erzeugt werden.
Ein Verfahren beinhaltet Erzeugen einer von einer Vielzahl von Zonenströmungsanforderungen für Motorkühlmittel basierend auf einer Vielzahl von Kühlmitteltemperatursensoren, wobei jede der Zonenströmungsanforderungen einer jeweiligen Zone eines Kühlmittelsystems entspricht, Erzeugen einer ersten Suchzone als Reaktion auf Empfangen der Vielzahl von Zonenströmungsanforderungen für Motorkühlmittel, Bestimmen einer Vielzahl von Schlüsselpunkten für die erste Suchzone, Bestimmen einer einzigartigen Kombination von Befehlen für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten in der ersten Suchzone, wobei die einzigartige Kombination von Befehlen einen Befehl für jedes Stellglied aus einer Vielzahl von Stellgliedern des Kühlmittelsystems beinhaltet, Bestimmen einer Durchflussrate, die jedem Befehl für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten zugeordnet ist, Berechnen der Gesamtkosten für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten in der ersten Suchzone, wobei die Gesamtkosten unter Verwendung eines absolut normierten Fehlers für jede Durchflussrate jedes Befehls für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten in der ersten Suchzone berechnet werden, Bestimmen eines ersten gewinnenden Schlüsselpunkts in der ersten Suchzone, der den niedrigsten Gesamtkosten unter der Vielzahl von Schlüsselpunkten zugeordnet ist, Erzeugen von Befehlen bezüglich des ersten gewinnenden Schlüsselpunkts und Steuern von Stellgliedern basierend auf den Befehlen.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen ausschließlich zur Veranschaulichung und sollen keinesfalls den Umfang der vorliegenden Offenbarung beschränken.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und stellen nicht die Gesamtheit der möglichen Realisierungen dar und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken.

1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Kühlmittelsystems für ein Fahrzeug;
2 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Beispiels eines Kühlmittelsteuerungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung;
3A und 3B sind Funktionsblockdiagramme einschließlich Beispielen für eine erste Suchzone und eine vorgewählte Befehlszone;
4A und 4B sind Funktionsblockdiagramme einschließlich einer ersten Suchzone und einer zweiten Suchzone; und
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern des Kühlmittelstroms gemäß der vorliegenden Offenbarung abbildet.

Ähnliche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen bezeichnen ähnliche Teile.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden nun exemplarische Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
Um alle Anforderungen an den Kühlmittelstrom zu erfüllen, kann bei bestehenden Kühlmittelsteuerungssystemen die Erfüllung der Anforderungen an den Kühlmittelstrom beliebig festgelegt werden, und zwar in der Reihenfolge der Priorität von der höchsten Anforderung des Kühlmittelstroms bis zur niedrigsten Anforderung des Kühlmittelstroms. Der insgesamt mögliche Kühlmittelstrom wird durch die Drehzahl der Kühlmittelpumpe begrenzt. In Fällen, in denen eine Vielzahl von Kühlmittelanforderungen empfangen werden und die gesamte angeforderte Strömung der Vielzahl von Kühlmittelanforderungen den gesamten möglichen Kühlmittelstrom übersteigt, kann das Kühlmittelsteuerungssystem möglicherweise nicht mit den Anforderungen des Kühlmittelsteuerungssystems Schritt halten. Wenn das Kühlmittelsteuerungssystem nicht mit den Anforderungen an die Kühlmittelanforderungen Schritt halten kann, kann mindestens eine oder mehrere der Kühlmittelanforderungen unterlaufen sein. Im Folgenden werden Systeme und Verfahren zum Erfüllen der Vielzahl von Kühlmittelanforderungen durch Optimieren der Erfüllung von Kühlmittelströmungsanforderungen nach dem Grad der Bedeutung, der sich auf den Betrieb eines Fahrzeugs bezieht, dargestellt.
Es werden exemplarische Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vollständig vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie etwa Beispiele für spezifische Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein tiefgreifendes Verständnis für die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. In manchen exemplarischen Ausführungsformen sind wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Die hier verwendeten Singularformen, z. B. „ein“, „der/die/das“, schließen ggf. auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „beinhaltend“, „einschließlich“ und „hat“ sind nicht ausschließlich und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Bauteile an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von weiteren Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen hiervon aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht so auszulegen, dass die beschriebene oder dargestellte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern diese nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können.
Wenn Elemente oder Ebenen als „an/auf“, „in Verbindung mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer Ebene beschrieben werden, können sie entweder direkt mit anderen Elementen oder Ebenen in Verbindung stehen oder gekoppelt sein oder es können zwischenliegende Elemente oder Ebenen vorhanden sein. Wenn ein Element im Gegenzug als „direkt an/auf“, „direkt in Verbindung mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ anderen Elementen oder Ebenen beschrieben wird, sind ggf. keine zwischenliegenden Elemente oder Ebenen vorhanden. Andere Wörter, die zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen verwendet werden, sind in gleicher Weise zu verstehen (z. B. „zwischen“ und „direkt zwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“ usw.). Der Begriff „und/oder“ schließt alle Kombinationen der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.
Obwohl die Ausdrücke erste, zweite, dritte usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollen diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Ausdrücke beschränkt werden. Diese Begriffe können nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, Region, Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, Schicht oder Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erste“, „zweite“ und andere Zahlenbegriffe, wenn hierin verwendet, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, durch den Kontext eindeutig angegeben. Somit könnte ein weiter unten diskutiertes erstes Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt als ein zweites Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von der Lehre der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.
Raumbezogene Begriffe, wie „innere“, „äußere“, „unterhalb“, „unter“, „untere“, „über“, „obere“ und dergleichen, können hier zur besseren Beschreibung der Beziehung von einem Element oder einer Ausrüstung zu anderen Elementen oder Eigenschaften, wie in den Figuren dargestellt, verwendet werden. Räumlich relative Begriffe können bezwecken, unterschiedliche Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb neben der in den Figuren dargestellten Orientierung zu umspannen. Wird beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht, würden Elemente, die als „unterhalb“ von oder „unter“ anderen Elementen oder Eigenschaften beschrieben werden, dann „oberhalb“ anderer Elemente oder Eigenschaften ausgerichtet sein. Daher kann der Beispielbegriff „unterhalb“ sowohl eine Orientierung von oberhalb als auch von unterhalb enthalten. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in andere Richtungen) und die hierin verwendeten räumlich bezogenen Schlagworte können dementsprechend interpretiert werden.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Fahrzeugsystems präsentiert. Ein Motor 104 verbrennt ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff (z. B. Dieselkraftstoff oder Benzin) in Zylindern, um ein Antriebsmoment zu erzeugen. Der Motor 104 gibt das Drehmoment an ein Getriebe ab (nicht dargestellt). Das Getriebe überträgt das Drehmoment mittels eines Antriebssystems (nicht dargestellt) auf ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs. Ein Motorsteuermodul (ECM) 108 kann ein oder mehrere Motorstellglieder steuern, um die Drehmomentabgabe des Motors 104 zu regeln, beispielsweise basierend auf einer Solldrehmomentabgabe des Motors 104.
Eine Motorölpumpe zirkuliert Motoröl durch den Motor 104 und einen ersten Wärmetauscher 112. Der erste Wärmetauscher 112 kann als der Motorölkühler oder der Motorölwärmetauscher (HEX) bezeichnet werden. Wenn das Motoröl kalt ist, kann der erste Wärmetauscher 112 Wärme vom Kühlmittel, das durch den ersten Wärmetauscher 112 strömt, an das Motoröl, das durch den ersten Wärmetauscher 112 strömt, abgeben. Wenn das Motoröl warm ist, kann der erste Wärmetauscher 112 Wärme vom Motoröl an das Kühlmittel, das durch den ersten Wärmetauscher 112 strömt, und/oder an die Luft, die durch den ersten Wärmetauscher 112 hindurchströmt, abgeben.
Die Viskosität des Motoröls steht in umgekehrter Beziehung zur Temperatur des Motoröls. Dies bedeutet, dass die Viskosität des Motoröls mit steigender Temperatur herabgesetzt wird und umgekehrt. Reibungsverluste (z.°B. Drehmomentverluste) des Motors 104, die mit dem Motoröl in Verbindung stehen, können mit sinkender Viskosität des Motoröls verringert werden und umgekehrt.
Eine Getriebeölpumpe zirkuliert Getriebeöl durch das Getriebe und einen zweiten Wärmetauscher 116. Der zweite Wärmetauscher 116 kann als Getriebekühler oder als Getriebe-Wärmetauscher bezeichnet werden. Wenn das Getriebeöl kalt ist, kann der zweite Wärmetauscher 116 Wärme vom durch den zweiten Wärmetauscher 116 strömenden Kühlmittel an das Getriebeöl innerhalb des zweiten Wärmetauschers 116 abgeben. Wenn das Getriebeöl warm ist, kann der zweite Wärmetauscher 116 Wärme vom Getriebeöl an das durch den zweiten Wärmetauscher 116 fließende Kühlmittel und/oder die durch den zweiten Wärmetauscher 116 strömende Luft abgeben.
Die Viskosität des Getriebeöls besteht in umgekehrter Beziehung zur Temperatur des Getriebeöls. Dies bedeutet, dass die Viskosität des Getriebeöls mit steigender Temperatur des Getriebeöls herabgesetzt wird und umgekehrt. Verluste (z. B. Drehmomentverluste), die mit dem Getriebe und dem Getriebeöl in Verbindung stehen, können mit sinkender Viskosität des Getriebeöls verringert werden und umgekehrt.
Der Motor 104 beinhaltet eine Vielzahl von Kühlmittelkanälen, durch die das Motorkühlmittel („Kühlmittel“) strömt. So beinhaltet beispielsweise der Motor 104 einen oder mehrere Kühlmittelkanäle durch einen (Zylinder-) Kopfabschnitt 120 des Motors 104 und einen oder mehrere Kühlmittelkanäle durch einen Blockabschnitt 124 des Motors 104. Der Motor 104 kann auch einen oder mehrere andere Kühlmittelkanäle durch einen oder mehrere andere Abschnitte des Motors 104 beinhalten.
Eine Kühlmittelpumpe 132 fördert Kühlmittel in die Kühlmittelkanäle des Motors 104. Die Kühlmittelpumpe 132 kann mechanisch angetrieben werden (z. B. durch den Motor 104). Alternativ kann die Kühlmittelpumpe 132 eine Elektropumpe sein. Ein erstes Kühlmittelventil (V1) 128 regelt den Kühlmittelfluss aus dem (und damit durch) den Blockabschnitt 124 des Motors 104 und den Kopfabschnitt 120 des Motors 104.
Das erste Kühlmittelventil 128 kann ein Ventil mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen beinhalten, das zwei oder mehr separate Kammern beinhaltet. So kann beispielsweise das erste Kühlmittelventil 128 ein Drehventil mit einem Gehäuse und einem drehbaren Element im Inneren des Gehäuses beinhalten. Das rotierende Element beinhaltet Kanäle oder Nuten, die für jede der einzelnen Kammern die Strömung zu einem oder mehreren Ausgängen dieser Kammer regeln.
Ein exemplarisch aufgebautes flaches Diagramm des ersten Kühlmittelventils 128, das den Kühlmittelstrom zum und vom ersten Kühlmittelventil 128 veranschaulicht, ist in 1 dargestellt. Das erste Kühlmittelventil 128 (das drehbare Element) kann zwischen zwei Endpositionen 204 und 208 betätigt werden. Das erste Kühlmittelventil 128 beinhaltet eine erste Kammer (oben in 1) und eine zweite Kammer (unten in 1).
Das Kühlmittel strömt vom Kopfabschnitt 120 des Motors 104 in die erste Kammer und nicht in die zweite Kammer. Das Kühlmittel strömt vom Blockabschnitt 124 des Motors 104 in die zweite Kammer und nicht in die erste Kammer. Wenn die erste Kammer Kühlmittel aufnimmt, gibt das erste Kühlmittelventil 128 Kühlmittel aus der ersten Kammer an ein zweites Kühlmittelventil (V2) 136 ab, das im Folgenden näher erläutert wird. Wenn die zweite Kammer Kühlmittel aufnimmt, gibt das erste Kühlmittelventil 128 Kühlmittel aus der zweiten Kammer an das zweite Kühlmittelventil 136 ab.
Wenn das erste Kühlmittelventil 128 zwischen der Endposition 204 und einer ersten Position 212 positioniert ist, strömt Kühlmittel durch den Kopfabschnitt 120 des Motors 104 und in die erste Kammer und Kühlmittel strömt durch den Blockabschnitt 124 des Motors 104 und in die zweite Kammer. Wenn das erste Kühlmittelventil 128 zwischen der ersten Position 212 und einer zweiten Position 224 positioniert ist, strömt Kühlmittel durch den Kopfabschnitt 120 des Motors 104 und in die erste Kammer. Das erste Kühlmittelventil 128 blockiert jedoch den Kühlmittelstrom durch den Blockabschnitt 124 und die zweite Kammer, wenn sich das erste Kühlmittelventil 128 zwischen der ersten Position 212 und der zweiten Position 224 befindet.
Das erste Kühlmittelventil 128 blockiert den Kühlmittelstrom durch den Blockabschnitt 124 und die zweite Kammer, wenn sich das erste Kühlmittelventil 128 zwischen der zweiten Position 224 und einer dritten Position 228 befindet. Das erste Kühlmittelventil 128 blockiert auch den Kühlmittelstrom durch den Kopfabschnitt 120 und die erste Kammer, wenn sich das erste Kühlmittelventil 128 zwischen der zweiten Position 224 und der dritten Position 228 befindet.
Wenn das erste Kühlmittelventil 128 zwischen der dritten Position 280 und der Endposition 208 positioniert ist, strömt das Kühlmittel durch den Blockabschnitt 124 des Motors 104 und in die zweite Kammer. Das erste Kühlmittelventil 128 blockiert jedoch den Kühlmittelstrom durch den Kopfabschnitt 120 und die erste Kammer, wenn sich das erste Kühlmittelventil 128 zwischen der dritten Position 228 und der Endposition 208 befindet. Die Formen innerhalb des ersten Kühlmittelventils 128 veranschaulichen Beispiele für relative Öffnungen in die erste und zweite Kammer des ersten Kühlmittelventils 128.
Die Kühlmittelpumpe 132 fördert auch Kühlmittel durch einen integrierten Abgaskrümmer (IEM) 140 des Motors 104 und eine Turboladerturbine 144 des Motors 104. Die Turboladerturbine 144 treibt die Drehung eines Turboladerverdichters an, der den Luftstrom in den Motor 104 erhöht. Das vom Motor 104 abgegebene Abgas treibt die Drehung der Turboladerturbine 144 an.
Das Kühlmittel strömt vom IEM 140 zum zweiten Kühlmittelventil 136 und einem dritten Kühlmittelventil 148, das im Folgenden näher erläutert wird. Das Kühlmittel strömt auch von der Turboladerturbine 144 zum zweiten Kühlmittelventil 136 und zum dritten Kühlmittelventil 148. Kühlmittel kann von der Turboladerturbine 144 unter verschiedenen Umständen in einen Speicher (z. B. einen Ausgleichsbehälter) 152 strömen, z. B. wenn der Druck des aus der Turboladerturbine 144 abgegebenen Kühlmittels größer als ein vorgegebener Druck ist.
Das zweite Kühlmittelventil 136 nimmt Kühlmittel vom ersten Kühlmittelventil 128, dem IEM 140 und der Turboladerturbine 144 auf. Das zweite Kühlmittelventil 136 regelt den Durchfluss des aufgenommenen Kühlmittels zum Kabinenwärmetauscher (z. B. einem Heizkern) 156 und zum Kühlerwärmetauscher 160.
Das zweite Kühlmittelventil 136 kann ein Ventil mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen beinhalten, das zwei oder mehr separate Kammern beinhaltet. Das aufgenommene Kühlmittel strömt zu beiden Kammern. So kann beispielsweise das zweite Kühlmittelventil 136 ein Drehventil mit einem Gehäuse und einem drehbaren Element im Inneren des Gehäuses beinhalten. Das rotierende Element beinhaltet Kanäle oder Nuten, die für jede der einzelnen Kammern die Strömung zu einem oder mehreren Ausgängen dieser Kammer regeln.
Ein exemplarisch aufgebautes flaches Diagramm des zweiten Kühlmittelventils 136, das den Kühlmittelstrom zum und vom zweiten Kühlmittelventil 136 veranschaulicht, ist in 1 dargestellt. Das zweite Kühlmittelventil 136 (das drehbare Element) kann zwischen zwei Endpositionen 232 und 236 betätigt werden. Das zweite Kühlmittelventil 136 beinhaltet eine erste Kammer (oben in 1) und eine zweite Kammer (unten in 1).
Das aufgenommene Kühlmittel strömt von der ersten Kammer zum Kabinenwärmetauscher 156, wenn die erste Kammer geöffnet ist. Das aufgenommene Kühlmittel strömt von der zweiten Kammer zum Kühlerwärmetauscher 160, wenn die zweite Kammer geöffnet ist.
Wenn sich das zweite Kühlmittelventil 136 zwischen der Endposition 232 und einer ersten Position 240 befindet, wird die erste Kammer des zweiten Kühlmittelventils 136 geschlossen und das zweite Kühlmittelventil 136 blockiert den Kühlmittelstrom zum Kabinenwärmetauscher 156. Wenn sich jedoch das zweite Kühlmittelventil 136 zwischen der Endposition 232 und der ersten Position 240 befindet, ist die zweite Kammer des zweiten Kühlmittelventils 136 geöffnet und das Kühlmittel strömt durch das zweite Kühlmittelventil 136 zum Kühlerwärmetauscher 160.
Wenn sich das zweite Kühlmittelventil 136 zwischen der ersten Position 240 und einer zweiten Position 244 befindet, ist die erste Kammer des zweiten Kühlmittelventils 136 geöffnet und das Kühlmittel strömt durch das zweite Kühlmittelventil 136 zum Kabinenwärmetauscher 156. Wenn sich das zweite Kühlmittelventil 136 zwischen der ersten Position 240 und der zweiten Position 244 befindet, ist auch die zweite Kammer des zweiten Kühlmittelventils 136 geöffnet und das Kühlmittel strömt durch das zweite Kühlmittelventil 136 zum Kühlerwärmetauscher 160.
Wenn sich das zweite Kühlmittelventil 136 zwischen der zweiten Position 244 und einer dritten Position 248 befindet, ist die erste Kammer des zweiten Kühlmittelventils 136 geöffnet und das Kühlmittel strömt durch das zweite Kühlmittelventil 136 zum Kabinenwärmetauscher 156. Wenn sich jedoch das zweite Kühlmittelventil 136 zwischen der zweiten Position 244 und der dritten Position 248 befindet, wird die zweite Kammer des zweiten Kühlmittelventils 136 geschlossen und das zweite Kühlmittelventil 136 blockiert den Kühlmittelstrom zum Kühlerwärmetauscher 160.
Wenn sich das zweite Kühlmittelventil 136 zwischen der dritten Position 248 und einer vierten Position 252 befindet, sind sowohl die erste Kammer als auch die zweite Kammer geschlossen. Somit blockiert das zweite Kühlmittelventil 136 den Kühlmittelstrom zum Kühlerwärmetauscher 160 und zum Kabinenwärmetauscher 156.
Wenn sich das zweite Kühlmittelventil 136 zwischen der vierten Position 252 und einer fünften Position 256 befindet, wird die erste Kammer des zweiten Kühlmittelventils 136 geschlossen und das zweite Kühlmittelventil 136 blockiert den Kühlmittelstrom zum Kabinenwärmetauscher 156. Wenn sich das zweite Kühlmittelventil 136 jedoch zwischen der vierten Position 252 und der fünften Position 256 befindet, ist die zweite Kammer des zweiten Kühlmittelventils 136 geöffnet und das Kühlmittel strömt durch das zweite Kühlmittelventil 136 zum Kühlerwärmetauscher 160. Die Formen innerhalb des zweiten Kühlmittelventils 136 veranschaulichen Beispiele für relative Öffnungen aus der ersten und zweiten Kammer des zweiten Kühlmittelventils 136.
Das dritte Kühlmittelventil 148 nimmt Kühlmittel vom IEM 140 und der Turboladerturbine 144 auf. Das dritte Kühlmittelventil 148 regelt den Durchfluss des aufgenommenen Kühlmittels zum Getriebeölwärmetauscher 116 und zum Motorölwärmetauscher 112.
Das dritte Kühlmittelventil 148 kann ein Ventil mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen beinhalten, das zwei oder mehr separate Kammern beinhaltet. Das aufgenommene Kühlmittel strömt zu beiden Kammern. So kann beispielsweise das dritte Kühlmittelventil 148 ein Drehventil mit einem Gehäuse und einem drehbaren Element im Inneren des Gehäuses beinhalten. Das rotierende Element beinhaltet Kanäle oder Nuten, die für jede der einzelnen Kammern die Strömung zu einem oder mehreren Ausgängen dieser Kammer regeln.
Ein exemplarisch aufgebautes flaches Diagramm des dritten Kühlmittelventils 148, das den Kühlmittelstrom zum und vom dritten Kühlmittelventil 148 veranschaulicht, ist in 1 dargestellt. Das dritte Kühlmittelventil 148 (das drehbare Element) kann zwischen zwei Endpositionen 260 und 264 betätigt werden. Das dritte Kühlmittelventil 148 beinhaltet eine erste Kammer (oben in 1) und eine zweite Kammer (unten in 1).
Das aufgenommene Kühlmittel strömt von der ersten Kammer zum Getriebeölwärmetauscher 116, wenn die erste Kammer geöffnet ist. Das aufgenommene Kühlmittel strömt von der zweiten Kammer zum Motorölwärmetauscher 112, wenn die zweite Kammer geöffnet ist.
Wenn sich das dritte Kühlmittelventil 148 zwischen der Endposition 260 und einer ersten Position 268 befindet, wird die erste Kammer des dritten Kühlmittelventils 148 geschlossen und das dritte Kühlmittelventil 148 blockiert den Kühlmittelstrom zum Getriebeölwärmetauscher 116. Wenn sich jedoch das dritte Kühlmittelventil 148 zwischen der Endposition 260 und der ersten Position 268 befindet, ist die zweite Kammer des dritten Kühlmittelventils 148 geöffnet und das Kühlmittel strömt durch das dritte Kühlmittelventil 148 zum Motorölwärmetauscher 112.
Wenn sich das dritte Kühlmittelventil 148 zwischen der ersten Position 268 und einer zweiten Position 272 befindet, ist die erste Kammer des dritten Kühlmittelventils 148 geöffnet und das Kühlmittel strömt durch das dritte Kühlmittelventil 148 zum Getriebeölwärmetauscher 116. Wenn sich das dritte Kühlmittelventil 148 zwischen der ersten Position 268 und der zweiten Position 272 befindet, ist auch die zweite Kammer des dritten Kühlmittelventils 148 geöffnet und das Kühlmittel fließt durch das dritte Kühlmittelventil 148 zum Motorölwärmetauscher 112.
Wenn sich das dritte Kühlmittelventil 148 zwischen der zweiten Position 272 und einer dritten Position 276 befindet, ist die erste Kammer des dritten Kühlmittelventils 148 geöffnet und das Kühlmittel strömt durch das dritte Kühlmittelventil 148 zum Getriebeölwärmetauscher 116. Wenn sich jedoch das dritte Kühlmittelventil 148 zwischen der zweiten Position 272 und der dritten Position 276 befindet, wird die zweite Kammer des dritten Kühlmittelventils 148 geschlossen und das dritte Kühlmittelventil 148 blockiert den Kühlmittelstrom zum Motorölwärmetauscher 112.
Das dritte Kühlmittelventil 148 kann auch das abgegebene Kühlmittel der Kühlmittelpumpe 132 aufnehmen. Wenn sich das dritte Kühlmittelventil 148 zwischen der dritten Position 276 und einer vierten Position 280 befindet, blockiert das dritte Kühlmittelventil 148 den Kühlmittelfluss vom IEM 140 und der Turboladerturbine 144 zu den Motorölwärmetauschern 112 und den Getriebeölwärmetauschern 116. Wenn sich das dritte Kühlmittelventil 148 jedoch zwischen der dritten Position 276 und der vierten Position 280 befindet, kann das abgegebene Kühlmittel der Kühlmittelpumpe 132 durch das dritte Kühlmittelventil 148 zum Motor- und Getriebeölwärmetauscher 112 und 116 strömen.
Wenn sich das dritte Kühlmittelventil 148 zwischen der vierten Position 280 und einer fünften Position 284 befindet, ist die erste Kammer des dritten Kühlmittelventils 148 geöffnet und das Kühlmittel strömt durch das dritte Kühlmittelventil 148 zum Getriebeölwärmetauscher 116. Wenn sich jedoch das dritte Kühlmittelventil 148 zwischen der vierten Position 280 und der fünften Position 284 befindet, wird die zweite Kammer des dritten Kühlmittelventils 148 geschlossen und das dritte Kühlmittelventil 148 blockiert den Kühlmittelstrom zum Motorölwärmetauscher 112.
Wenn sich das dritte Kühlmittelventil 148 zwischen der Endposition 264 und der fünften Position 284 befindet, wird die erste Kammer des dritten Kühlmittelventils 148 geschlossen und das dritte Kühlmittelventil 148 blockiert den Kühlmittelstrom zum Getriebeölwärmetauscher 116. Wenn sich das dritte Kühlmittelventil 148 jedoch zwischen der Endposition 264 und der fünften Position 284 befindet, ist die zweite Kammer des dritten Kühlmittelventils 148 an einigen Positionen offen und das Kühlmittel strömt durch das dritte Kühlmittelventil 148 zum Motorölwärmetauscher 112.
Das erste, zweite und dritte Kühlmittelventil 128, 136 und 148 können als aktive Thermostatventile bezeichnet werden. Im Gegensatz zu passiven Thermostatventilen, die automatisch öffnen und schließen, wenn eine Kühlmitteltemperatur größer oder kleiner als eine vorgegebene Temperatur ist, werden aktive Thermostatventile elektrisch betätigt.
Der Kabinenwärmetauscher 156 überträgt die Wärme vom Kühlmittel, das durch den Kabinenwärmetauscher 156 strömt, auf Luft, die an dem Kabinenwärmetauscher 156 vorbeiströmt, um eine Fahrgastkabine des Fahrzeugs zu erwärmen. Der Kühlerwärmetauscher 160 überträgt die Wärme von Kühlmittel, das durch den Kühlerwärmetauscher 160 strömt, auf Luft, die an dem Kühlerwärmetauscher 160 vorbeiströmt, um das Kühlmittel zu kühlen. Gekühltes Kühlmittel kann zur Kühlung des Motors 102 und anderer Fahrzeugkomponenten verwendet werden.
Wenn das Motoröl kalt ist, kann der Motorölwärmetauscher 112 Wärme vom Kühlmittel, das durch den Motorölwärmetauscher 112 strömt, auf das Motoröl übertragen. Wenn das Motoröl warm ist, kann der Motorölwärmetauscher 112 Wärme vom Motoröl auf Luft übertragen, die am Motorölwärmetauscher 112 vorbeiströmt und/oder auf Kühlmittel, das durch den Motorölwärmetauscher 112 hindurchströmt. Wenn das Getriebeöl kalt ist, kann der Getriebeölwärmetauscher 116 Wärme vom Kühlmittel, das durch den Getriebeölwärmetauscher 116 strömt, auf das Getriebeöl übertragen. Wenn das Getriebeöl warm ist, kann der Getriebeölwärmetauscher 116 Wärme vom Getriebeöl auf Luft übertragen, die am Getriebeölwärmetauscher 116 vorbeiströmt und/oder auf Kühlmittel, das durch den Motorölwärmetauscher 116 hindurchströmt.
Ein erster Kühlmitteltemperatursensor 164 misst eine erste Temperatur des zum zweiten Kühlmittelventil 136 eingegebenen Kühlmittels. Ein Blocktemperatursensor 168 misst eine Temperatur des Block(metall)abschnitts 124 des Motors 104. Ein Kopftemperatursensor 172 misst eine Temperatur des Kopf(metall)abschnitts 120 des Motors 104. Ein Kopfdrucksensor 172 kann implementiert werden und misst einen Druck des Kühlmittels im Kopf(metall)abschnitt 120 des Motors 104.
Ein Motoröltemperatursensor 176 misst eine Temperatur des Motoröls, z. B. im Motorölwärmetauscher 112. Ein Getriebeöltemperatursensor 180 misst eine Temperatur des Getriebeöls, beispielsweise innerhalb des Getriebeölwärmetauschers 116.
Ein zweiter Kühlmitteltemperatursensor 184 misst eine zweite Temperatur des aus dem Kühlerwärmetauscher 160 abgegebenen Kühlmittels. Ein dritter Kühlmitteltemperatursensor 188 misst eine dritte Temperatur des in den Kabinenwärmetauscher 156 eingegebenen Kühlmittels. Ein vierter Kühlmitteltemperatursensor 190 misst eine vierte Temperatur der aus dem Kabinenwärmetauscher 156 abgegebenen Kühlmittels. Ein fünfter Kühlmitteltemperatursensor 194 misst eine fünfte Temperatur des von der Kühlmittelpumpe 132 abgegebenen und in den Kopfabschnitt 120, den Blockabschnitt 124, den IEM 140 und die Turboladerturbine 144 eingegebenen Kühlmittels.
Ein oder mehrere andere Sensoren können umgesetzt werden, wie etwa einer oder mehrere Kurbelwellen-Positionssensoren, ein Massenluftstromraten (MAF)-Sensor, ein Krümmerabsolutdruck (MAP)-Sensor, und/oder ein oder mehrere andere geeignete Fahrzeugsensoren.
Die Kühlmitteltemperatursensoren 164-194 können einem Kühlmittelsteuermodul 300 Signale bereitstellen, die die jeweiligen Messungen anzeigen. Basierend zumindest teilweise auf einer oder mehreren der von den Kühlmitteltemperatursensoren 164-194 bereitgestellten Messungen steuert das Kühlmittelsteuermodul 300 eine Drehzahl der Kühlmittelpumpe 132, die Position des ersten Kühlmittelventils 128, die Position des zweiten Kühlmittelventils 136 und die Position des dritten Kühlmittelventils 148. Während das Beispiel des innerhalb des ECM 108 implementierten Kühlmittelsteuermoduls 300 dargestellt ist, kann das Kühlmittelsteuermodul 300 innerhalb eines anderen Moduls oder unabhängig davon implementiert werden.
Beispiele für Kühlmittelzonen beinhalten: den Kopfabschnitt 120 des Motors 104, den Blockabschnitt 124 des Motors 104, den IEM 140, die Turboladerturbine 144, den Kabinenwärmetauscher 156, den Kühlerwärmetauscher 160, den Motorölwärmetauscher 112 und den Getriebeölwärmetauscher 116. Während diese Beispielzonen bereitgestellt werden, können zusätzliche Kühlmittelzonen in Betracht gezogen werden.
Unter Bezugnahme auf FIG. 2, 3A und 3B wird ein Funktionsblockdiagramm einer exemplarischen Implementierung des Kühlmittelsteuermoduls 300 und eines Beispiels eines vorgewählten Befehlsbereichs 404 mit einer ersten Suchzone 408 dargestellt. Das Kühlmittelsteuermodul 300 beinhaltet ein Strömungsumkehrmodul 304 und ein Strömungssteuermodul 324. Das Strömungsumkehrmodul 304 beinhaltet ein Kühlmittelanforderungsmodul 322, ein Suchmodul 344, ein Vorwärtsströmungsmodul 348 und ein Kostenberechnungsmodul 352. Das Kühlmittelanforderungsmodul 322 erzeugt eine Vielzahl von Zonenströmungsanforderungen 320. Die Zonenströmungsanforderungen 320 können aus geschlossenen Regelkreisen an den Kühlmitteltemperatursignalen der verschiedenen Kühlmitteltemperatursensoren 164-194 erzeugt werden. Die Zonenströmungsanforderungen 320 können auch als Funktion verschiedener Eingaben abgebildet werden oder von anderen Steuermodulen stammen. Jede dieser Zonenströmungsanforderungen 320 entspricht einer jeweiligen Zone des Kühlmittelsystems.
Das Suchmodul 344 empfängt die Vielzahl von Zonenströmungsanforderungen 320 vom Kühlmittelanforderungsmodul 322. Als Reaktion auf Empfangen der Vielzahl von Zonenströmungsanforderungen 320 erzeugt das Suchmodul 344 die erste Suchzone 408 ausgehend von einer Anzahl von Stellgliedern, der Vielzahl von Zonenströmungsanforderungen 320, den Ventilbeschränkungen 312 und den Pumpenbeschränkungen 316. Die Ventilbeschränkungen 312 können die aktuelle Ventilposition, eine maximale Positionsänderung des Ventils und/oder sonstige geeignete Informationen beinhalten. Die Pumpenbeschränkungen 316 können eine aktuelle Drehzahl der Pumpe in Umdrehungen pro Minute (U/min), eine maximale Änderung der U/min für die Pumpe und/oder andere geeignete Informationen beinhalten.
Kühlmittelsteuerungssysteme für ein Fahrzeug steuern den Motorkühlmittelstrom durch verschiedene Komponenten eines Kühlsystems, wie beispielsweise einen Kühler, einen Motorölkühler, den Getriebeölkühler und einen Kabinenwärmetauscher. Der Kühlmittelstrom des Motors wird durch Einstellen der Position eines oder mehrerer Kühlmittelventile und durch Einstellen der Drehzahl einer Kühlmittelpumpe durch die jeweiligen Stellglieder gesteuert. Wenn das Motorkühlmittel auf eine gewünschte Temperatur abgekühlt wird, wird das Motorkühlmittel durch das Kühlsystem zurückgeführt.
Ein Mittelpunkt 412 der ersten Suchzone 408 basiert auf der vorherigen Position der Ventile 128, 136 und 148 und der vorherigen Drehzahl der Pumpe 132. Die vorherigen Positionen der Ventile 128, 136, 148 und die vorherige Drehzahl der Pumpe 132 ergeben sich aus den Rückkopplungen der Ventilposition und der Rückkopplung der Pumpendrehzahl der geschlossenen Regelkreise. Nachdem der Mittelpunkt 412 für die erste Suchzone 408 bestimmt wurde, addiert oder subtrahiert das Suchmodul 344 dann eine maximale Positionsänderung für die Ventile 128, 136 und 148 über einen vorgegebenen Zeitraum und/oder die maximale Drehzahländerung pro Minute (U/min) für die Kühlmittelpumpe 132 über den vorgegebenen Zeitraum, um eine Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone 408 (d. h. den Minimalwert und den Maximalwert für jedes Stellglied der Vielzahl von Stellgliedern) zu bestimmen. Der vorgegebene Zeitraum kann ein beliebiger Zeitraum sein. So kann beispielsweise der vorgegebene Zeitraum auf eine Dezisekunde (100 ms) eingestellt werden.
Unter Verwendung der Ventilbeschränkungen 312 und der Pumpenbeschränkungen 316 werden für jedes Stellglied drei mögliche zukünftige Befehle berechnet. Die drei möglichen zukünftigen Befehle, die berechnet werden, sind ein aktueller Befehl, ein maximaler Befehl und ein minimaler Befehl. Der aktuelle Befehl ist der vorherige Befehl für das Stellglied unmittelbar vor der Zonenströmungsanforderung 320. Der maximale Befehl ist der aktuelle Befehl plus die maximale Positionsänderung des Stellglieds über den vorgegebenen Zeitraum. Der minimale Befehl ist der aktuelle Befehl abzüglich der maximalen Positionsänderung für das Stellglied über den vorgegebenen Zeitraum. Der maximale Befehl und der minimale Befehl für jedes Stellglied definieren die Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone 408. Wenn sich beispielsweise das Kabinenheizventil 136 zuvor in einer Position von X Grad befand und die maximale Positionsänderung für das Kabinenheizventil 136 im vorgegebenen Zeitraum Y Grad beträgt, erzeugt das Suchmodul 344 drei mögliche Positionen für das Kabinenheizventil 136: X, X-Y und X+Y. Jeder Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten 412 und 510-524 stellt eine einzigartige Kombination möglicher zukünftiger Stellgliedbefehle dar.
3A zeigt ein Beispiel für die erste vom Suchmodul 344 erzeugte Suchzone 408. Der Mittelpunkt 412 entspricht den vorhergehenden Positionen für die Ventile 128, 136 und 148 und der vorhergehenden Drehzahl der Pumpe 132. In 3A entspricht die Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone 408 dem minimalen Stellgliedbefehl bzw. dem maximalen Stellgliedbefehl für die Stellglieder 1 und 2. In 3A liegt die Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone 408 innerhalb einer Vielzahl von Grenzen der vorgewählten Befehlszone 404. Die vorgewählte Befehlszone 404 stellt einen Bereich für die Ventile 128, 136 und 148 dar, die einen betriebsbereiten Bereich (z. B. in Grad) für die Ventile 128, 136 und 148 definieren, um die gewünschte Aufgabe zu erfüllen. So kann beispielsweise das dritte Kühlmittelventil 148 für den Motorölerwärmungsmodus einen Bereich von 0 Grad bis 25 Grad aufweisen. In einem weiteren Beispiel kann das dritte Kühlmittelventil 148 für den Getriebeölerwärmungsmodus einen Bereich von 25 Grad bis 50 Grad aufweisen. Der Öffnungsgrad der Ventile 128, 136 und 148 kann je nach Ventiltyp variieren. Die Liste der Beispiele ist nicht als erschöpfend zu betrachten und ist nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen.
3B zeigt ein Beispiel für die erste Suchzone 408. Nach dem Bestimmen, dass mindestens eine aus einer Vielzahl von Grenzen 416 der ersten Suchzone 408 mindestens eine der Vielzahl von Grenzen der vorgewählten Befehlszone 404 überschreitet, kürzt das Suchmodul 344 die Vielzahl von Grenzen 416 der ersten Suchzone 408, die die Vielzahl von Grenzen der vorgewählten Befehlszone 404 überschreitet. In diesem Beispiel überschreitet die Vielzahl von Grenzen 416 der ersten Suchzone 408 die Vielzahl von Grenzen der vorgewählten Befehlszone 404. Dadurch wird die Vielzahl von Grenzen 416 der ersten Suchzone 408 gekürzt (d.h. der maximale Befehl und der minimale Befehl für das jeweilige Stellglied werden gekürzt). Die gekürzten Grenzen der ersten Suchzone 408 werden durch die Vielzahl von Grenzen der vorgewählten Befehlszone 404 ersetzt, die überschritten wurden. Als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Grenzen der ersten Suchzone 408 gekürzt wurden, bestimmt das Suchmodul 344 einen zweiten Mittelpunkt, wobei der zweite Mittelpunkt sich in der Mitte der gekürzten ersten Suchzone 408 befindet.
Unter Bezugnahme auf 2 bestimmt das Vorwärtsströmungsmodul 348 eine Reihe von Schlüsselpunkten für die erste Suchzone 408. Eine Reihe von Schlüsselpunkten der ersten Suchzone 408 werden mit Hilfe der folgenden Beziehung berechnet: $A n z a h l d e r w e s e n t l i c h e n P u n k t e = 3^{x}$
wobei x die Gesamtzahl der Stellglieder ist. Wenn beispielsweise zwei Stellglieder vorhanden sind, kann die Anzahl der Schlüsselpunkte neun betragen. Wenn in einem anderen Beispiel, drei Stellglieder vorhanden sind, kann die Anzahl der Schlüsselpunkte siebenundzwanzig betragen.
Jeder Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten 412 und 510-524 in der ersten Suchzone 408 stellt eine einzigartige Kombination von Befehlen für jedes Stellglied der Vielzahl von Stellgliedern des Kühlmittelsystems dar. Die Befehle für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten 412 und 510-524 in der ersten Suchzone 408 können eine einzigartige Kombination von Öffnungsgraden für die Ventile 128, 136 und 148 oder eine einzigartige Kombination von Durchflussraten für die Ventile 128, 136 und 148 und einen eindeutigen Wert für die Drehzahl der Pumpe 132 in U/min darstellen.
Unter Bezugnahme auf 4A wird nun ein Beispiel für die erste Suchzone 408 gezeigt. In diesem Beispiel wurde die erste Suchzone 408 für ein System mit zwei Stellgliedern generiert. Die erste Suchzone 408 umfasst neun eindeutige Schlüsselpunkte 412 und 510-524, die nach den zuvor beschriebenen Regeln berechnet werden. Das Vorwärtsströmungsmodul 348 berechnet die jedem Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten 412 und 510-524 zugeordneten Durchflussraten.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 berechnet das Kostenberechnungsmodul 352, nachdem das Vorwärtsströmungsmodul 348 die eindeutige Kombination von Befehlen für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten 412 und 510-524 in der ersten Suchzone 408 berechnet hat, einen absoluten normierten Fehler für jede Zonenströmungsanforderung (d. h. für jede Durchflussrate eines jeden Befehls) jedes Schlüsselpunkts der Vielzahl von Schlüsselpunkten 412 und 510-524 unter Verwendung der folgenden Formel: $a b s o l u t e r n o r m i e r t e r F e h l e r d e r Z o n e n s t r ö m u n g = \frac{(| R Z F - P Z F |)}{M Z F}$
wobei der absolute normierte Fehler der Zonenströmung eine einheitenlose Messung ist, MZF die maximale Zonendurchflussrate ist, RZF die angeforderte Zonendurchflussrate ist und PZF die Punktzonendurchflussrate ist. Nach der Berechnung jedes normierten Fehlers berechnet das Kostenberechnungsmodul 352 die Gesamtkosten für jeden Schlüsselpunkt unter Berücksichtigung einer Priorität für jede Zonenströmungsanforderung 320. Die Priorität wird definiert, indem die Ströme in drei Kategorien unterteilt werden: kontrollierte Strömungsbeschränkungen, weiche Strömungsbeschränkungen (z. B. Kabinenheizung), harte Strömungsbeschränkungen (z. B. Niederdruck-Abgasrückführung). Darüber hinaus können einige Teile des Suchbereichs als nicht nutzbar definiert werden. Wenn beispielsweise eine Basiszonendurchflussrate 30 Liter/Minute beträgt, die angeforderte Durchflussrate der Kabinenheizung 10 Liter/Minute beträgt und ein Schlüsselpunkt aus der Vielzahl von Schlüsselpunkten 412 und 510-524 in der ersten Suchzone 408 die Kabinenheizzone mit der Durchflussrate von 7 Liter/Minute versehen kann, wäre der absolute normierte Fehler der Zonenströmung 0,10.
Bei kontrollierten Durchflussbeschränkungen entsprechen die Kosten dem absoluten normierten Fehler der Zonendurchflussrate. Bei weichen Strömungsbeschränkungen werden die Kosten bei Unterlaufen der Kühlmittelzonen gleich dem absoluten normierten Fehler der Zonendurchflussrate und bei Überlaufen der Kühlmittelzonen auf null eingestellt. Bei harten Strömungseinschränkungen betragen die Kosten beispielsweise das 1.000-fache der Zonendurchflussrate absoluter normierter Fehler bei Unterlaufen der Kühlmittelzonen und Null bei Überlaufen der Kühlmittelzonen. Die vorgegebene Formel wird abgeleitet, so dass harte Strömungsbegrenzungen eine höhere Priorität als weiche Strömungsbegrenzungen erhalten. Für die Teile der ersten Suchzone 408, die als nicht nutzbar gelten, gelten die Kosten als unendlich. Die Kühlmittelzonen gelten als unterlaufend, wenn die Zonen weniger Kühlmittel aufnehmen als das Kühlmittelanforderungsmodul 322 für die Zonen anfordert. Die Kühlmittelzonen gelten als überlaufend, wenn die Zonen mehr Kühlmittel aufnehmen als das Kühlmittelanforderungsmodul 322 für die Zonen anfordert.
4A zeigt ein Beispiel für eine zweite Suchzone 504 innerhalb der ersten Suchzone 408. Nachdem das Kostenberechnungsmodul 352 die Gesamtkosten für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten 412 und 510-524 in der ersten Suchzone 408 berechnet hat, bestimmt das Kostenberechnungsmodul 352 einen gewinnenden Schlüsselpunkt für die erste Suchzone 408. Der gewinnende Schlüsselpunkt stellt den Schlüssel punkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten 412 und 510-524 in der ersten Suchzone 408, die den niedrigsten Gesamtkosten zugeordnet ist, dar.
In 4A entspricht der gewinnende Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkte 412 und 510-524 dem Mittelpunkt 412. Der gewinnende Schlüsselpunkt kann jedoch jeder beliebige Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten 412 und 510-524 in der ersten Suchzone 408 sein. Als Reaktion auf das Bestimmen des gewinnenden Schlüsselpunkts aus der Vielzahl von Punkten 412 und 510-524 erzeugt das Suchmodul 344 die zweite Suchzone 504 um den gewinnenden Schlüsselpunkt. Die Vielzahl von Grenzen der zweiten Suchzone 504 wird durch das Folgende bestimmt: $A 1 g r e n z e n der z w e i t e n S u c h z o n e = (\frac{1}{2}) * (A 1 M A X - A 1 M I N)$
$A 2 G r e n z e n d e r z w e i t e n S u c h z o n e = (\frac{1}{2}) * (A 2 M A X - A 2 M I N)$
$A x G r e n z e n d e r z w e i t e n S u c h z o n e = (\frac{1}{2}) * (A x M A X - A x M I N)$
wobei A1 Stellglied 1 darstellt, A2 Stellglied 2 darstellt, Ax Stellglied x darstellt, A1MAX den maximalen Befehl für Stellglied 1 in der ersten Suchzone 408 darstellt, A1MIN den minimalen Befehl für Stellglied 1 in der ersten Suchzone 408 darstellt, A2MAX den maximalen Befehl für Stellglied 2 in der ersten Suchzone 408 darstellt, A2MIN den minimalen Befehl für Stellglied 2 in der ersten Suchzone 408 darstellt, AxMAX den maximalen Befehl für Stellglied x in der ersten Suchzone 408 darstellt und AxMIN den minimalen Befehl für Stellglied x in der ersten Suchzone 408 darstellt. Wird beispielsweise ein System mit zwei Stellgliedern verwendet, kann die zweite Suchzone 504 gleich einem Viertel der Größe der Grenzen für das jeweilige Ventil 128, 136 und 148 der ersten Suchzone 408 sein.
In 4A liegt die Vielzahl von Grenzen der zweiten Suchzone 504 innerhalb der Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone 408. In einem weiteren Beispiel aus 4B, überschreitet die Vielzahl von Grenzen der zweiten Suchzone 504 die Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone 408. Als Reaktion auf eine Bestimmung, dass mindestens eine der Vielzahl von Grenzen der zweiten Suchzone 504 mindestens eine der Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone 408 überschreitet, wird die zweite Suchzone 504 so verschoben, dass die Vielzahl von Grenzen der zweiten Suchzone 504 innerhalb der Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone 408 liegt. In 4B wird die zweite Suchzone 504 verschoben und wird zu einer verschobenen zweiten Suchzone 576. Als Reaktion auf das Verschieben der verschobenen zweiten Suchzone 576 wird ein dritter Mittelpunkt erzeugt, der einer Position in der Mitte der verschobenen zweiten Suchzone 576 entspricht. Der Prozess kann wiederholt werden, um eine dritte Zone, eine vierte Zone usw. zu erzeugen, bis eine vorbestimmte maximale Anzahl von Iterationen durchgeführt wurde oder ein vorgegebener Kostenschwellenwert erreicht wurde.
Unter Bezugnahme auf 2 erzeugt das Strömungsumkehrmodul 304 Befehle, die einem endgültigen Schlüsselpunkt einer letzten Suchzone zugeordnet sind, an das Strömungssteuermodul 324. Der endgültige gewinnende Schlüsselpunkt der letzten Suchzone bezieht sich auf den Schlüsselpunkt, der mit den niedrigsten Kosten verbunden ist, oder den Schlüsselpunkt, der mit der letzten Iteration einer vorgegebenen maximalen Anzahl von Iterationen verbunden ist. Das Strömungssteuermodul 324 steuert die Stellglieder basierend auf den Befehlen, die durch das Strömungsumkehrmodul 304 erzeugt werden. Das Strömungssteuermodul 324 beinhaltet ein Ventilsteuermodul 372, das das erste Kühlmittelventil 128, das zweite Kühlmittelventil 136 und das dritte Kühlmittelventil 148 steuert. Als Reaktion auf das Empfangen der Befehle durch das Strömungssteuermodul 324 betätigt das Ventilsteuermodul 372 das erste Kühlmittelventil 128, das zweite Kühlmittelventil 136 und das dritte Kühlmittelventil 148, um den Öffnungsgrad der Ventile 128, 136 und 148 und/oder die Durchflussraten der Zonenströmungsanforderung 320 zu erfüllen, die durch die Befehle erforderlich sind, die dem endgültigen Schlüsselpunkt der letzten Suchzone zugeordnet sind. Das Strömungssteuermodul 324 beinhaltet auch ein Pumpensteuermodul 364, das die Kühlmittelpumpe 132 steuert. Das Pumpensteuermodul 364 betätigt die Kühlmittelpumpe 132, um die Drehzahl der Kühlmittelpumpe 132 zu erfüllen, die durch die Befehle, die dem endgültigen gewinnenden Schlüsselpunkt der endgültigen Suchzone zugeordnet sind, erforderlich ist.
Unter Bezugnahme auf 5 wird ein Verfahren 600 zum Steuern der Stellglieder des Kühlsystems als Reaktion auf den Empfang der Zonenströmungsanforderungen 320 dargestellt. Das Verfahren 600 kann durch das Kühlmittelsteuermodul 300, das Strömungsumkehrmodul 304, das Strömungssteuermodul 324, eine Kombination davon usw. durchgeführt werden. Bei 604 erzeugt das Kühlmittelanforderungsmodul 322 mindestens eine der Vielzahl von Zonenströmungsanforderungen 320 für Kühlmittel basierend auf Kühlmitteltemperatursignalen, die von den verschiedenen Kühlmitteltemperatursensoren 164-194 empfangen werden. Die Zonenströmungsanforderungen 320 können aus geschlossenen Regelkreisen an den Kühlmitteltemperatursignalen der verschiedenen Kühlmitteltemperatursensoren 164-194 berechnet werden. Die Zonenströmungsanforderungen 320 können auch als Funktion verschiedener Eingaben abgebildet werden oder von anderen Steuermodulen stammen.
Bei 608 erzeugt das Suchmodul 344 die erste Suchzone 408 basierend auf dem Mittelpunkt 410. Bei 612 bestimmt das Suchmodul 344, ob die Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone 408 (d. h. der Minimalwert und der Maximalwert für jedes Stellglied der Vielzahl von Stellgliedern) innerhalb der Vielzahl von Grenzen der vorgewählten Befehlszone 404 liegt. Das Suchmodul 344 kann bestimmen, ob die Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone 408 innerhalb der Vielzahl von Grenzen der vorgewählten Befehlszone 404 liegt, indem es die Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone 408 mit der Vielzahl von Grenzen der vorgewählten Befehlszone 404 vergleicht. Als Reaktion auf das Bestimmen, dass mindestens eine der Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone 408 mindestens eine der Vielzahl von Grenzen der vorgewählten Befehlszone 404 überschreitet, bestimmt das Suchmodul 344, dass die erste Suchzone 408 nicht innerhalb der Vielzahl von Grenzen der vorgewählten Befehlszone 404 liegt. Wenn 612 wahr ist, wird das Verfahren 600 bei 620 fortgesetzt. Wenn 612 falsch ist, wird das Verfahren 600 bei 616 fortgesetzt.
Bei 616 kürzt das Suchmodul 344 die erste Suchzone 408. Die erste Suchzone 408 wird so gekürzt, dass die Vielzahl von Begrenzungen 416 der ersten Suchzone 408, die die Vielzahl von Begrenzungen der vorgewählten Befehlszone 404 überschreitet, durch die Vielzahl von Grenzen der vorgewählten Befehlszone 404, die überschritten wurden, ersetzt wird und das Verfahren 600 wird bei 620 fortgesetzt.
Bei 620 bestimmt das Vorwärtsströmungsmodul 348 die Anzahl der Schlüsselpunkte in der ersten Suchzone 408 und Verwendung von Gleichung 1. Bei 620 bestimmt das Vorwärtsströmungsmodul 348 auch eine einzigartige Kombination von Stellgliedbefehlen, die jeder Zone für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten 412 und 510-524 zugeordnet sind und wo die Vielzahl von Schlüsselpunkten 412 und 510-524 innerhalb der ersten Suchzone 408 platziert werden soll, um eine gleichmäßige Verteilung zu gewährleisten.
Bei 620 bestimmt das Vorwärtsströmungsmodul 348 die Durchflussraten für jede Zone jedes Schlüsselpunktes der Vielzahl von Schlüsselpunkten 412 und 510-524 in der ersten Suchzone 408. Bei 624 berechnet das Kostenberechnungsmodul 352 die Gesamtkosten für jeden der Schlüsselpunkte der Vielzahl von Schlüsselpunkten 412 und 510-524 in der ersten Suchzone 408 unter Verwendung von Gleichung 2. Bei 628 bestimmt das Kostenberechnungsmodul 352 den gewinnenden Schlüsselpunkt der ersten Suchzone 408. Bei 632 bestimmt das Kostenberechnungsmodul 352, ob der gewinnende Schlüsselpunkt innerhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts liegt. Wenn falsch, wird das Verfahren 600 bei 634 fortgesetzt. Wenn wahr, sendet das Strömungsumkehrmodul 304 die Befehle an das Strömungssteuerungsmodul 324 und das Verfahren 600 kann enden. Während 5 als endend dargestellt ist, kann 5 einen Regelkreis veranschaulichen, der wiederholt werden kann. Bei 634 bestimmt das Strömungsumkehrmodul 304, ob eine vorgegebene maximale Anzahl von Iterationen durchgeführt wurde. Wenn falsch, kann die Steuerung bei 636 fortgesetzt werden. Wenn wahr, sendet das Strömungsumkehrmodul 304 die Befehle an das Strömungssteuerungsmodul 324 und das Verfahren 600 kann enden.
Bei 636 berechnet das Suchmodul 344 die zweite Suchzone 504 basierend auf der ersten Suchzone 408 (z. B. unter Verwendung von Gleichungen 3.1-3.3) und das Verfahren 600 wird bei 640 fortgesetzt. Bei 640 bestimmt das Suchmodul 344, ob die Vielzahl von Grenzen der zweiten Suchzone 504 innerhalb der Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone 408 liegt. Wenn wahr, wird das Verfahren 600 bei 620 fortgesetzt. Wenn falsch, wird das Verfahren 600 bei 644 fortgesetzt.
Bei 644 verschiebt das Suchmodul 344 die zweite Suchzone 504, so dass die Vielzahl von Grenzen der verschobenen zweiten Suchzone 576 innerhalb der Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone 408 liegt. Nachdem die zweite Suchzone 504 verschoben wurde, wird das Verfahren 600 bei 620 fortgesetzt. Während das Verfahren 600 im Zusammenhang mit der ersten Suchzone 408 und der zweiten Suchzone 504 erklärt wird, kann das gleiche Verfahren 600 fortgesetzt werden, bis eine vorgegebene maximale Anzahl von Iterationen durchgeführt wurde. Die Schritte 620-644 stellen einen kontinuierlichen Regelkreis dar, der ausgeführt wird, bis die Steuerbedingungen 632 oder 634 erfüllt sind.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht dazu bestimmt, erschöpfend zu sein und soll die Offenbarung in keiner Weise beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern gegebenenfalls gegeneinander austauschbar und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendbar, auch wenn dies nicht gesondert dargestellt oder beschrieben ist. Auch diverse Variationen sind denkbar. Diese Variationen stellen keine Abweichung von der Offenbarung dar, und alle Modifikationen dieser Art verstehen sich als Teil der Offenbarung und fallen in ihren Schutzumfang.

Claims

Kühlmittelsteuerungssystem, umfassend: ein Strömungsumkehrmodul, dass: eine von einer Vielzahl von Zonenströmungsanforderungen für Motorkühlmittel basierend auf einer Vielzahl von Kühlmitteltemperatursensoren erzeugt, wobei jede der Zonenströmungsanforderungen einer jeweiligen Zone eines Kühlmittelsystems entspricht; als Reaktion auf das Empfangen der Vielzahl von Zonenströmungsanforderungen für Motorkühlmittel eine erste Suchzone erzeugt; eine Vielzahl von Schlüsselpunkten für die erste Suchzone bestimmt; eine eindeutige Kombination von Befehlen für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten in der ersten Suchzone bestimmt, wobei die einzigartige Kombination von Befehlen einen Stellgliedbefehl für jedes Stellglied einer Vielzahl von Stellgliedern des Kühlmittelsystems umfasst; eine Durchflussrate bestimmt, die jedem Befehl für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten zugeordnet ist; die Gesamtkosten für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten in der ersten Suchzone berechnet, wobei die Gesamtkosten unter Verwendung eines absoluten normierten Fehlers für jede Durchflussrate jedes Befehls für jeden Schlüsselpunkt der Vielzahl von Schlüsselpunkten in der ersten Suchzone berechnet werden; einen ersten gewinnenden Schlüsselpunkt in der ersten Suchzone bestimmt, der den niedrigsten Gesamtkosten aus der Vielzahl von Schlüsselpunkten zugeordnet ist; und Befehle bezüglich des ersten gewinnenden Schlüsselpunktes erzeugt; und ein Strömungssteuermodul, das die Vielzahl von Stellgliedern basierend auf den Befehlen steuert, die durch das Strömungsumkehrmodul erzeugt werden.
Kühlmittelsteuersystem nach Anspruch 1, wobei die erste Suchzone als Reaktion auf eine erste Bestimmung gekürzt wird, dass mindestens eine aus einer Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone mindestens eine aus einer Vielzahl von Grenzen einer vorgewählten Befehlszone überschreitet.
Kühlmittelsteuersystem nach Anspruch 2, wobei eine zweite Suchzone als Reaktion auf eine zweite Bestimmung erzeugt wird, dass der erste gewinnende Schlüsselpunkt nicht innerhalb eines vorgegebenen Kostenschwellenwerts liegt und eine maximale Anzahl von Iterationen nicht durchgeführt wurde.
Kühlmittelsteuerungssystem nach Anspruch 3, wobei die zweite Suchzone als Reaktion auf eine dritte Bestimmung, dass mindestens eine der Vielzahl von Grenzen der zweiten Suchzone mindestens eine der Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone überschreitet, so verschoben ist, dass die Vielzahl von Grenzen der zweiten Suchzone sich innerhalb der Vielzahl von Grenzen der ersten Suchzone befindet.
Kühlmittelsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei: eine Anzahl der Vielzahl von Schlüsselpunkten in der ersten Suchzone, basierend auf einer Anzahl von Stellgliedern des Kühlsystems, die Motorkühlmittel angefordert haben, und basierend auf der Vielzahl von Zonenströmungsanforderungen, mindestens eine ist, und eine Vielzahl von Begrenzungen der ersten Suchzone auf einer Vielzahl von Ventilbeschränkungen und Pumpenbeschränkungen basiert.
Kühlmittelsteuerungssystem nach Anspruch 5, wobei: mindestens eine der Vielzahl von Ventilbeschränkungen einer maximalen Änderung einer Position von mindestens einem aus einer Vielzahl von Kühlmittelventilen über einen vorbestimmten Zeitraum entspricht, die Pumpenbeschränkungen einer zweiten maximalen Änderung für eine Drehzahl einer Kühlmittelpumpe über den vorgegebenen Zeitraum entsprechen, und die Zonenströmungsanforderungen sind mindestens ein von mehreren aus geschlossenen Regelkreisen berechneten Kühlmitteltemperatursignalen, die von der Vielzahl von Kühlmitteltemperatursensoren empfangen und als eine Funktion verschiedener Eingaben abgebildet werden.
Kühlmittelsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das Strömungssteuermodul ein Pumpensteuermodul beinhaltet, das eine Drehzahl einer Kühlmittelpumpe steuert.
Kühlmittelsteuerungssystem nach Anspruch 7, wobei die Befehle das Einstellen der Drehzahl der Kühlmittelpumpe beinhalten.
Kühlmittelsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Durchflusssteuermodul ein Ventilsteuermodul beinhaltet, das mindestens ein aus einer Vielzahl von Kühlmittelventilen steuert.
Kühlmittelsteuersystem nach Anspruch 9, wobei die Befehle das Einstellen einer Position beinhalten, die mindestens einem der Vielzahl von Kühlmittelventilen zugeordnet ist.