DE102019118916A1

DE102019118916A1 - Controller für Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102019118916A1
Application number: DE102019118916.0A
Authority: DE
Inventors: Hayato Shirai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2020-01-23
Also published as: CN110735730A; US20200025117A1; JP2020012431A

Abstract

Ein Controller 60 weist ein provisorischen Sollwertberechnungsteil 85 zum Berechnen von provisorischen Sollwerten einer Mehrzahl an Steuerausgaben auf, einen Referenzregler 84 zum Ableiten von Sollwerten der Steuerausgaben, indem die provisorischen Sollwerte derart korrigiert werden, dass ein Erfüllungsgrad von Begrenzungsbedingungen bezüglich Zustandsgrößen hoch ist, und einen Rückführungsregler 82 zum Bestimmen von Steuereingaben, sodass sich die Werte der Steuerausgaben den Sollwerten annähern. Der Referenzregler leitet die Sollwerte ab, indem er die provisorischen Sollwerte der Mehrzahl an Steuerausgaben korrigiert, um die Begrenzungsbedingungen bezüglich der Zustandsgrößen unter Verwendung eines Berechnungsmodells zu erfüllen, welches eine Beziehung zwischen den Berichtigungsbeträgen von den provisorischen Sollwerten der Mehrzahl an Steuerausgaben ausgibt, sodass die Begrenzungsbedingungen der Zustandsgrößen erfüllt sind, indem die Ist-Werte der Zustandsgrößen eingegeben werden und, wenn die Sollwerte abgeleitet werden, ein Verhältnis der Berichtigungsbeträge von den provisorischen Sollwerten zwischen der Mehrzahl an Steuerausgaben auf ein vorgegebenes Korrekturverhältnis eingestellt wird. Das Korrekturverhältnis wird basierend auf den Werten der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine eingestellt.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Controller für eine Verbrennungskraftmaschine.
Hintergrund
Aus der Vergangenheit sind Controller für Verbrennungskraftmaschinen bekannt, welche Sollwerte von Steuerausgaben der Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung eines Referenzreglers korrigieren, sodass der Erfüllungsgrad von Begrenzungsbedingungen bezüglich Zustandsgrößen der Verbrennungskraftmaschine hoch ist (zum Beispiel PTL 1 bis 3).
Bei solchen Referenzreglern werden die Endsollwerte der Steuerausgaben berechnet, indem eine iterative Berechnung so durchgeführt wird, dass der Erfüllungsgrad von Begrenzungsbedingungen hoch ist. Wenn allerdings die iterative Berechnung auf diese Weise durchgeführt wird, ist die Rechenlast bei dem Controller der Verbrennungskraftmaschine hoch.
Es wurde ein Referenzregler vorgeschlagen, der mittels eines Prognosemodells, welches Sollwerte von Steuerausgaben ausgibt, wenn die Ist-Zustandsgrößen und Begrenzungsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine eingegeben werden, Endsollwerte in dem Fall ableitet, in dem erwartet wird, dass die Begrenzungsbedingungen bezüglich der Zustandsgrößen in Zukunft nicht erfüllt werden, unter der Annahme, dass die Sollwerte der Steuerausgaben auf erste, provisorische Sollwerte eingestellt wurden (PTL 1).
Entgegenhaltungen
Patentliteratur

[PTL 1] Japanische ungeprüfte Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2016-130480
[PTL 2] Japanische ungeprüfte Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2016-169688
[PTL 3] Japanische ungeprüfte Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2017-20357

Kurzfassung
Technisches Problem
Bei dem Prognosemodell aus PTL 1 gibt es nur eine Steuerausgabe (DPF-Betttemperatur), für die ein Sollwert ausgegeben wird, wodurch das Prognosemodell nur eine einzige Variable hat. Wenn allerdings die Sollwerte einer Mehrzahl an Steuerausgaben unter Verwendung eines solchen Prognosemodells abgeleitet werden, gibt es mehrere Variablen in dem Prognosemodell. Falls es mehrere Variablen in dem Prognosemodell gibt, ist es daher nicht möglich, den Wert von jeder Variable eindeutig durch das Prognosemodell abzuleiten und folglich können die Sollwerte der Mehrzahl an Steuerausgaben nicht einfach aus dem Prognosemodell berechnet werden.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme vorgenommen und zielt darauf ab, einen Controller für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, welcher einen Referenzregler aufweist, der mit niedriger Rechenleistung Sollwerte einer Mehrzahl an Steuerausgaben ableiten kann.
Lösung zum Problem
Die vorliegende Erfindung wurde vorgenommen, um das obige Problem zu lösen und weist als Kern Folgendes auf:

(1) Einen Controller für eine Verbrennungskraftmaschine aufweisend: ein Berechnungsteil eines provisorischen Sollwerts zum Berechnen von provisorischen Sollwerten einer Mehrzahl an Steuerausgaben der Verbrennungskraftmaschine basierend auf Werten von Betriebsparametern der Verbrennungskraftmaschine, einen Referenzregler zum Ableiten von Sollwerten der Steuerausgaben durch Korrigieren der provisorischen Sollwerte, sodass ein Erfüllungsgrad von Begrenzungsbedingungen bezüglich Zustandsgrößen der Verbrennungskraftmaschine hoch ist, wenn prognostiziert wird, dass die Begrenzungsbedingungen bezüglich der Zustandsgrößen der Verbrennungskraftmaschine zukünftig nicht erfüllt werden, unter der Annahme, dass die Sollwerte der Mehrzahl an Steuerausgaben auf jeweilige provisorische Sollwerte eingestellt werden, und einen Rückführungsregler bzw. Regelkreis zum Bestimmen von Steuereingaben der Verbrennungskraftmaschine, sodass sich die Werte der Steuerausgaben den Sollwerten annähern, wobei der Referenzregler die Sollwerte ableitet, indem er die provisorischen Sollwerte der Mehrzahl an Steuerausgaben basierend auf den Ist-Werten der Zustandsgrößen korrigiert, um die Begrenzungsbedingungen bezüglich der Zustandsgrößen unter Verwendung eines Berechnungsmodells zu erfüllen, welches eine Beziehung zwischen den Berichtigungsbeträgen von den provisorischen Sollwerten der Mehrzahl an Steuerausgaben ausgibt, sodass die Begrenzungsbedingungen der Zustandsgrößen erfüllt werden, indem die Ist-Werte der Zustandsgrößen eingegeben werden und, wenn die Sollwerte abgeleitet werden, ein Verhältnis der Berichtigungsbeträge von den provisorischen Sollwerten zwischen der Mehrzahl an Steuerausgaben auf ein vorgegebenes Korrekturverhältnis eingestellt wird, und das Korrekturverhältnis basierend auf den Werten der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine eingestellt wird.
(2) Der Controller für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei das Korrekturverhältnis so eingestellt wird, dass der Berichtigungsbetrag des provisorischen Sollwerts einer Steuerausgabe mit hoher Empfindlichkeit zu den Zustandsgrößen aus der Mehrzahl an Steuerausgaben relativ hoch ist im Vergleich zu den Berichtigungsbeträgen der provisorischen Sollwerte der anderen Steuerausgaben.
(3) Der Controller einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn eine Rechenlast des Controllers niedriger ist als eine vorgegebene Last, der Referenzregler den Sollwert ohne Verwendung des Berechnungsmodells ableitet, sodass der Wert einer Zielfunktion, welche mit steigendem Erfüllungsgrad der Begrenzungsbedingungen bezüglich der Zustandsgröße kleiner wird, sinkt.
(4) Der Controller für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verbrennungskraftmaschine einen Abgasturbolader aufweist und die Zustandsgrößen eine Turbinendrehzahl des Abgasturboladers umfassen, und die Begrenzungsbedingungen eine Bedingung umfassen, bei der die Turbinendrehzahl kleiner gleich einer vorgegebenen Drehzahl ist.
(5) Der Controller für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zustandsgrößen einen Abgasdruck umfassen und die Begrenzungsbedingungen eine Bedingung umfassen, bei welcher der Abgasdruck kleiner gleich einem vorgegebenen Druck ist.
(6) Der Controller für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Verbrennungskraftmaschine einen Abgasturbolader und ein AGR-System aufweist, und die Steuerausgaben Ladedruck und AGR-Rate umfassen.
(7) Der Controller für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn prognostiziert wird, dass die Begrenzungsbedingungen bezüglich der Mehrzahl an Zustandsgrößen der Verbrennungskraftmaschine nicht erfüllt sein werden, unter der Annahme, dass die Sollwerte der Mehrzahl an Steuerausgaben auf die jeweiligen provisorischen Sollwerte eingestellt wurden, der Referenzregler die Sollwerte ableitet, indem er die provisorischen Sollwerte der Mehrzahl an Steuerausgaben derart korrigiert, dass diejenige Begrenzungsbedingung bezüglich einer Zustandsgröße aus der Mehrzahl an Zustandsgrößen erfüllt wird, die einen größeren Abweichungsgrad von den Begrenzungsbedingungen aufweist.
(8) Der Controller für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Referenzregler ein Prognosemodell zum Ausgeben von zukünftigen Werten der Zustandsgrößen aufweist, wenn die Sollwerte der Steuerausgaben und die Ist-Werte der Zustandsgrößen eingegeben werden, und ein Umkehrprognosemodell zum Ausgeben der Sollwerte der Steuerausgaben, wenn die Ist-Werte und zukünftigen Werte der Zustandsgrößen eingegeben werden, der Referenzregler beurteilt, ob die Begrenzungsbedingungen zukünftig erfüllt werden oder nicht basierend auf zukünftigen Werten der Zustandsgrößen, die erhalten werden, indem die provisorischen Sollwerte der Steuerausgaben und die Ist-Werte der Zustandsgrößen in das Prognosemodell eingegeben werden, und das Berechnungsmodell ein Umkehrprognosemodell ist.

Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Controller für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, welcher einen Referenzregler aufweist, der mit niedriger Rechenlast Sollwerte aus einer Mehrzahl an Steuerausgaben ableiten kann.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht einer Konfiguration einer Verbrennungskraftmaschine, die einen Controller gemäß einer Ausführungsform verwendet.
2 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine von dem Controller durchgeführte Steuerung zeigt.
3 ist ein Kennfeld zum Berechnen provisorischer Sollwerte basierend auf einer Motordrehzahl und Kraftstoffeinspritzmenge.
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerablauf eines Sollwertableitungsprozesses in einer Ausführungsform zeigt.
5 ist eine Ansicht, die schematisch ein Turbinendrehzahl-Zukunftsprognosemodell zeigt.
6 ist eine Ansicht, die schematisch ein Umkehrmodell des Turbinendrehzahl-Zukunftsprognosemodells zeigt.
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerablauf eines Sollwertberechnungsprozesses zum Berechnen der Sollwerte eines Ladedrucks und einer AGR-Rate, welche Steuerausgaben sind, zeigt.
8 ist eine Ansicht, die schematisch ein Abgasdruck-Zukunftsprognosemodell zeigt.
9 ist eine Ansicht, die schematisch ein Umkehrmodell des Abgasdruck-Zukunftsprognosemodells zeigt.
10 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerablauf eines Sollwertberechnungsprozesses zum Berechnen von Sollwerten eines Ladedrucks und einer AGR-Rate zeigt, welche Steuerausgaben sind.

Beschreibung der Ausführungsform
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert erläutert. Es ist zu beachten, dass in der nachfolgenden Erläuterung ähnliche Komponentenbauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
<Erste Ausführungsform>
«Erläuterung der Verbrennungskraftmaschine als Ganzes»
Zuerst wird unter Bezugnahme auf 1 die Konfiguration einer Verbrennungskraftmaschine 1 erläutert, bei der eine Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird. 1 ist eine schematische Ansicht der Konfiguration der Verbrennungskraftmaschine 1. Die Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform ist eine luftverdichtende Verbrennungskraftmaschine vom Typ Selbstzünder, die Dieselöl als Kraftstoff verwendet. Wie in 1 gezeigt, weist die Verbrennungskraftmaschine 1 ein Motorgehäuse 10 auf, ein Kraftstoffzufuhrsystem 20, ein Ansaugsystem 30, ein Abgassystem 40, einen Abgasrückführungsmechanismus (AGR) 50 und eine Steuervorrichtung 60.
Das Motorgehäuse 10 weist einen Zylinderblock auf, in dem eine Mehrzahl an Zylindern 11 ausgebildet sind, einen Zylinderkopf, in dem Ansaugkanäle und Auslasskanäle ausgebildet sind, und ein Kurbelgehäuse. In jedem Zylinder 11 ist ein Kolben 14 angeordnet und jeder Zylinder 11 steht mit den Ansaugkanälen und den Auslasskanälen in Verbindung.
Das Kraftstoffzufuhrsystem 20 weist Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 21, ein Common-Rail 22, ein Kraftstoffzufuhrrohr 23, eine Kraftstoffpumpe 24 und einen Kraftstoffbehälter 25 auf. Jede Kraftstoffeinspritzvorrichtung 21 ist derart in dem Zylinderkopf angeordnet, dass sie Kraftstoff direkt in einen Verbrennungsraum eines Zylinders 11 einspritzt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 21 steht durch das Common-Rail 22 und dem Kraftstoffzufuhrrohr 23 mit dem Kraftstoffbehälter 25 in Verbindung. An dem Kraftstoffzufuhrrohr 23 ist die Kraftstoffpumpe 24 angeordnet, um Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 25 herauszupumpen. Der von der Kraftstoffpumpe 24 herausgepumpte Kraftstoff wird durch das Kraftstoffzufuhrrohr 23 an das Common-Rail 22 zugeführt und Kraftstoff wird von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 21 direkt in die Verbrennungskammern der Zylinder 11 eingespritzt. Es ist zu beachten, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 21 eingerichtet sein kann, Kraftstoff in den Ansaugkanal einzuspritzen.
Das Ansaugsystem 30 weist einen Ansaugkrümmer 31, ein Ansaugrohr 32, einen Luftfilter 33, einen Verdichter 34 eines Abgasturboladers 5, einen Ladeluftkühler 35 und ein Drosselventil 36 auf. Der Ansaugkanal von jedem Zylinder 11 steht durch den Ansaugkrümmer 31 und das Ansaugrohr 32 mit dem Luftfilter 44 in Verbindung. Das Ansaugrohr 32 ist mit dem Verdichter 34 des Abgasturboladers 5 zum Verdichten und Ausstoßen von Ansaugluft ausgebildet, die durch das Ansaugrohr 43 und den Ladeluftkühler 35 strömt, der die von dem Verdichter 34 verdichtete Luft kühlt. Das Drosselventil 36 kann den Öffnungsbereich der Ansaugleitung verändern, indem es durch einen Drosselventilstellantrieb 37 gedreht wird.
Das Abgassystem 40 weist einen Abgaskrümmer 41, ein Abgasrohr 42, eine Turbine 43 des Abgasturboladers 5 und eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 44 auf. Der Auslasskanal von jedem Zylinder 11 steht durch den Abgaskrümmer 41 und das Abgasrohr 52 mit der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 44 in Verbindung. An dem Abgasrohr 42 ist die Turbine 43 des Abgasturboladers 5 ausgebildet. Die Turbine 43 wird durch die Energie des Abgases zum Rotieren angetrieben. Wenn die Turbine 43 des Abgasturboladers 5 zum Rotieren angetrieben wird, rotiert der Verdichter 34 mit derselben einher und dementsprechend wird die Ansaugluft verdichtet. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind variable Düsen an der Turbine 43 des Abgasturboladers 5 ausgebildet. Falls der Öffnungsgrad der variablen Düsen verändert wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, welches der Turbinenschaufel zugeführt wird, verändert, und daher wird die Rotationsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl der Turbine 43 verändert.
Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 44 ist eine Vorrichtung zum Filtern von Abgas und anschließendem Ausstoßen des Abgases in die Außenluft. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 44 ist mit verschiedenen Arten Abgasfilterkatalysatoren und/oder -filtern ausgebildet, um schädliche Substanzen herauszufiltern, um die schädlichen Substanzen zu entfernen usw. Die Nachbehandlungsvorrichtung 44 umfasst insbesondere mindestens ein Element ausgesucht aus selektiver katalytischer NOx-Speicherreduktion, Oxidationskatalysator und Partikelfilter usw.
Ein AGR-Mechanismus 50 weist ein AGR-Rohr 51, ein AGR-Steuerventil 52 und einen AGR-Kühler 53 auf. Das AGR-Rohr 51 ist mit dem Abgaskrümmer 41 und einem Ansaugkrümmer 31 verbunden und verbindet diese miteinander. An dem AGR-Rohr 51 ist der AGR-Kühler 53 ausgebildet, um AGR-Gas, das durch das AGR-Rohr 51 strömt, zu kühlen. Zudem ist an dem AGR-Rohr 51 das AGR-Steuerventil 62 ausgebildet, das fähig ist, den offenen Bereich eines AGR-Durchlasses zu verändern, der von dem AGR-Rohr 61 gebildet wird. Indem der Öffnungsgrad des AGR-Steuerventils 52 gesteuert wird, wird die Strömungsmenge an AGR-Gas, die von dem Abgaskrümmer 41 an den Ansaugkrümmer 31 zurückgeführt wird, angepasst, und daher wird eine AGR-Rate verändert. Es ist zu beachten, dass die AGR-Rate ein Verhältnis einer Menge an AGR-Gas zu der Gesamtmenge an Gas ist, die der Verbrennungskammer zugeführt wird (Gesamtmenge der Frischgasmenge und einer AGR-Gasmenge).
«Steuervorrichtung von Verbrennungskraftmaschine»
Die Steuervorrichtung 60 weist eine elektronische Steuereinheit (ECU) 61 und verschiedene Arten an Sensoren auf. Die ECU 61 weist einen digitalen Computer auf und weist Komponenten auf, wie beispielsweise RAM (Random Access Memory) 63, ROM (Read Only Memory) 64, CPU (Mikroprozessor) 65, Eingabeport 66 und Ausgabeport 67, welche miteinander über einen bidirektionalen Bus 62 verbunden sind.
An dem Ansaugrohr 32 auf der Stromaufwärtsseite des Verdichters 34 des Abgasturboladers 5 in Ansaugströmungsrichtung ist ein Luftstrommesser 71 ausgebildet, um die Strömungsmenge an Luft, die durch das Ansaugrohr 32 fließt, zu erfassen. An dem Drosselventil 36 ist ein Drosselöffnungsgradsensor 72 zur Erfassung seines Öffnungsgrads (Drosselöffnungsgrad) angeordnet. Zudem ist an dem Ansaugkrümmer 31 ein Drucksensor 73 ausgebildet, um den Druck des Ansauggases in dem Ansaugkrümmer 31 zu erfassen (Ladedruck). Ferner ist an dem Abgaskrümmer 41 ein Drucksensor 73 ausgebildet, um den Druck des Abgases in dem Abgaskrümmer 41 zu erfassen (Abgasdruck). Die Abgaben des Luftströmungsmessers 71, des Drosselöffnungsgradsensors 72 und der Drucksensoren 73 und 77 werden durch entsprechende AD-Wandler 68 an dem Eingabeport 66 eingegeben.
Ferner ist ein Lastsensor 75, der eine Ausgangsspannung proportional zu dem Grad des Niederdrückens des Gaspedals 74 erzeugt, mit dem Beschleunigungs- bzw. Gaspedal 74 verbunden. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 75 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 68 an dem Eingabeport 66 eingegeben. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform das Betätigungsmaß des Gaspedals 87 als Motorlast verwendet. Ein Kurbelwinkelsensor 76 erzeugt immer dann einen Ausgangspuls, wenn die Kurbelwelle des Motorgehäuses 10 um zum Beispiel 10 Grad rotiert. Dieser Ausgangspuls wird an dem Eingabeport 66 eingegeben. An der CPU 65 wird die Motordrehzahl aus dem Ausgangspuls dieses Kurbelwinkelsensors 76 berechnet.
Indes ist der Ausgabeport 67 der ECU 61 über entsprechende Antriebsschaltungen 69 mit den Stellelementen verbunden, die den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 steuern. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist der Ausgabeport 67 mit den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 21, der Kraftstoffpumpe 24, dem Drosselventilantriebsstellelement 37 und AGR-Steuerventil 52 verbunden. Die ECU 61 gibt Steuersignale aus, welche diese Stellelemente von dem Ausgabeport 67 steuern, um den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 zu steuern.
Als nächstes wird eine von dem Controller 60 durchgeführte Steuerung der Verbrennungskraftmaschine unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Wie in 2 gezeigt, weist der Controller 60 ein Sollwertkennfeld 85 auf, einen Referenzregler (RG) 84, ein Vergleichsteil 81 und einen Rückführungsregler 82. Der Abschnitt, der von der Strichlinie in 2 umgeben ist, fungiert als geschlossener Regelkreis 80, der eine Rückführungssteuerung durchführt, sodass sich die Steuerausgabe x der Verbrennungskraftmaschine 1 dem Sollwert wf annähert.
Das Vergleichsteil 81 subtrahiert die Steuerausgabe x von dem Sollwert wf, um eine Abweichung e (= wf - x) zu berechnen und gibt die Abweichung e an dem Rückführungsregler 82 ein. Der Sollwert wf wird an dem Vergleichsteil 81 durch den Referenzregler 84 eingegeben, der später beschrieben wird, und die Steuerausgabe x wird von der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgegeben, an die eine Steuereingabe u und eine exogene Eingabe d eingegeben werden. Die exogene Eingabe d ist ein vorgegebener Parameter der Verbrennungskraftmaschine 1.
Der Rückführungsregler 82 bestimmt die Steuereingabe u der Verbrennungskraftmaschine 1, sodass sich die Steuerausgabe x dem Sollwert wf annähert. Mit anderen Worten, die Rückführungsregler 82 bestimmt die Steuereingabe u, sodass sich die Abweichung e null annähert. Bei dem Rückführungsregler 82 wird eine bekannte Steuerung bzw. Regelung, wie beispielsweise eine PI-Regelung oder PID-Regelung verwendet. Der Rückführungsregler 82 gibt die Steuereingabe u an der Verbrennungskraftmaschine 1 ein. Ferner wird die Steuerausgabe x an dem Rückführungsregler 82 als Zustandsrückführungssteuerung eingegeben. Es ist zu beachten, dass auf die Eingabe der Steuerausgabe x an dem Rückführungsregler 82 verzichtet werden kann. Ferner kann das Vergleichsteil 81 in dem Rückführungsregler 82 integriert werden.
Wie oben beschrieben wird eine Rückführungssteuerung in dem geschlossenen Steuerkreis 80 so durchgeführt, dass die Steuerausgabe x sich dem Sollwert wf annähert. Allerdings unterliegen die Zustandsgrößen y während einer tatsächlichen Steuerung aufgrund von Hardware- oder Steuerbeschränkungen Beschränkungen bzw. Begrenzungen. Falls die Sollwerte, die ohne Berücksichtigung der Begrenzungen berechnet wurden, in dem geschlossenen Regelkreis 80 eingegeben werden, weichen die Zustandsgrößen y von den Begrenzungen ab und es besteht ein Risiko, dass ein Übergangsverhalten beeinträchtigt wird und es zu Steuerinstabilität kommt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Sollwert wf der Steuerausgabe x unter Verwendung des Sollwertkennfelds 85 und des Referenzreglers 84 berechnet. Wenn die exogene Eingabe d in das Sollwertkennfeld 85 eingegeben wird, berechnet das Sollwertkennfeld 85 einen provisorischen Sollwert r basierend auf der exogenen Eingabe d und gibt den provisorischen Sollwert r an den Referenzregler 84 aus. Daher fungiert das Sollwertkennfeld 85 als provisorisches Sollwertberechnungsteil zum Berechnen des provisorischen Sollwerts r der Steuerausgabe x basierend auf vorgegebenen Betriebsparametern der Verbrennungskraftmaschine 1.
Der Referenzregler 84 leitet den Sollwert wf ab, indem er den provisorischen Sollwert r korrigiert, sodass der Erfüllungsgrad der Begrenzungsbedingung bezüglich der Zustandsgröße y hoch ist. Insbesondere leitet der Referenzregler 84 den Sollwert wf derart ab, dass er den bestimmten Wert der Zielfunktion senkt, sodass der Wert mit zunehmendem Erfüllungsgrad der Begrenzungsbedingung, die sich auf die Zustandsgröße y bezieht, höher wird.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Steuerausgabe x einen Ladedruck und eine AGR-Rate. Der Ladedruck, der an dem Vergleichsteil 81 als Steuerausgabe x eingegeben wird, wird von dem Drucksensor 73 erfasst. Ferner wird die AGR-Rate, die an dem Vergleichsteil 81 als Steuerausgabe x eingegeben wird, durch ein bekanntes Verfahren basierend auf dem Öffnungsgrad des AGR-Steuerventils 52 oder dergleichen ermittelt. Es ist zu beachten, dass bei der vorliegenden Ausführungsform die Steuerausgabe x, der provisorische Sollwert r, der Sollwert wf usw. durch zweidimensionale Vektoren dargestellt werden.
Die Steuereingabe u zum Steuern des Ladedrucks und der AGR-Rate umfasst den Öffnungsgrad des Drosselventils 36, den Öffnungsgrad des AGR-Steuerventils 52 und den Öffnungsgrad der variablen Düse des Abgasturboladers 5. Die exogene Eingabe d umfasst die Motordrehzahl und die Kraftstoffeinspritzmenge, welche Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 1 sind. Die Motordrehzahl wird von dem Kurbelwinkelsensor 76 erfasst. Die Kraftstoffeinspritzmenge wird von der ECU 61 basierend auf einer Motorlast bestimmt, die von dem Lastsensor 75 usw. erfasst wird. In dem Sollwertkennfeld 85 wird der provisorische Sollwert r von einer Funktion der Motordrehzahl NE und der Kraftstoffeinspritzmenge Qe dargestellt.
Ferner weist der Ladedruck und die AGR-Rate Obergrenzen als Begrenzungsbedingungen auf. Ebenso weisen die Turbinendrehzahl und der Abgasdruck des Abgasturboladers 5 Obergrenzen als Begrenzungsbedingungen auf. Daher umfasst in der vorliegenden Ausführungsform die Zustandsgröße y den Ladedruck und die AGR-Rate, welche Steuerausgaben x sind, und die Turbinendrehzahl und einen Abgasdruck. Zu diesem Zeitpunkt wird die Zielfunktion J(w) durch Formel (1) wie folgt definiert: $J (w) = {‖ r - w ‖}^{2} = S_{pim} + S_{AGR} + S_{Nt} + S_{pex}$
r ist der provisorische Sollwert, der aus dem Sollwertkennfeld 85 ausgegeben wurde, und w ist der Korrektursollwert. Die Zielfunktion J₁(w) umfasst einen Korrekturterm (der erste Term auf der rechten Seite der Formel (1)), eine erste Straffunktion Spim, eine zweite Straffunktion S_AGR, eine dritte Straffunktion S_Nt und eine vierte Straffunktion S_pex.
Der Korrekturterm repräsentiert den Berichtigungsbetrag des Sollwerts und ist das Quadrat der Differenz zwischen dem provisorischen Sollwert r und dem Korrektursollwert w. Daher sinkt der Wert der Zielfunktion J(w) mit sinkender Differenz zwischen dem provisorischen Sollwert r und dem Korrektursollwert w, d. h., mit sinkendem Berichtigungsbetrag des Sollwerts.
Die erste Straffunktion Spim repräsentiert den Erfüllungsgrad der Begrenzungsbedingung bezüglich eines Ladedrucks und wird von Formel (2) wie folgt definiert: $S_{pim} = p_{1} \sum_{k = 1}^{Nh} max {x_{1} (k) - x_{1Lim},0}$
x₁(k) ist der Ladedruckzukunftsprognosewert, x_1Lim ist die vorgegebene Obergrenze des Ladedrucks und p₁ ist ein vorgegebener Gewichtungskoeffizient. Ferner ist kein eigenständiger Zeitschritt und Nh ist eine Prognoseschrittnummer (Prognosehorizont). Die erste Straffunktion Spim ist so eingerichtet, dass ein Überschreitungsbetrag zu der Zielfunktion J(w) als Strafe hinzuaddiert wird, wenn der Ladedruckzukunftsprognosewert x₁(k) den oberen Grenzwert x_1Lim überschreitet. Daher sinkt der Wert der Zielfunktion J(w) so wie der Gesamtbetrag, um den der Ladedruckzukunftsprognosewert x₁(k) den oberen Grenzwert x_1Lim überschreitet, sinkt.
Der Referenzregler 84 berechnet den Ladedruckzukunftsprognosewert x₁(k) unter Verwendung eines Modells der Verbrennungskraftmaschine 1. Der Referenzregler 84 berechnet zum Beispiel den Ladedruckzukunftsprognosewert x₁(k) durch Formel (3) wie folgt: $x_{1} (k + 1) = f_{1} (x_{1} (k), w, d)$
f₁ ist eine Modellfunktion, die verwendet wird, um den Ladedruckzukunftsprognosewert x₁(k) zu berechnen. Zuerst wird ein Prognosewert x₁(1) des Ladedrucks einen Schritt nach dem Berechnungszeitpunkt unter Verwendung von x₁(0) berechnet, was dem Ladedruck zu dem Berechnungszeitpunkt entspricht. x₁(0), was dem Ladedruck zu dem Berechnungszeitpunkt entspricht, wird von dem Drucksensor 73 erfasst. Danach werden die Zukunftsprognosewerte x₁(k) des Ladedrucks aufeinanderfolgend ab dem Berechnungszeitpunkt bis zu dem Prognosewert x₁(Nh) des Nh-Schrittes berechnet, und es werden die Zukunftsprognosewerte eines Gesamtbetrags aus Nh-Ladedrücken berechnet. Es ist zu beachten, dass der Wert, der durch Multiplizierung der Zeit, die einem Schritt entspricht, mit dem Prognoseschrittnummer Nh erhalten wird, die Prognosezeitspanne ist.
Die zweite Straffunktion S_AGR repräsentiert den Erfüllungsgrad der Begrenzungsbedingung bezüglich der AGR-Rate und wird von Formel (4) wie folgt definiert: $S_{EGR} = p_{2} \sum_{k = 1}^{Nh} max {x_{2} (k) - x_{2Lim},0}$
x₂(k) ist der AGR-Raten-Zukunftsprognosewert, x_2Lim ist der vorgegebene obere Grenzwert der AGR-Rate und p₂ ist ein vorgegebener Gewichtungskoeffizient. Die zweite Straffunktion S_AGR ist so eingerichtet, dass ein überschrittener Betrag zu der Zielfunktion J(w) als Strafe hinzuaddiert wird, wenn der AGR-Raten-Zukunftsprognosewert x₂(k) den oberen Grenzwert x_2Lim überschreitet. Daher sinkt der Wert der Zielfunktion J(w) so wie der Gesamtbetrag, um den der AGR-Raten-Zukunftsprognosewert x₂(k) den oberen Grenzwert x_2Lim überschreitet, sinkt.
Der Referenzregler 84 berechnet den AGR-Raten-Zukunftsprognosewert x₂(k) unter Verwendung eines Modells der Verbrennungskraftmaschine 1. Der Referenzregler 84 berechnet zum Beispiel den AGR-Raten-Zukunftsprognosewert x₂(k) durch Formel (5) wie folgt: $x_{2} (k + 1) = f_{2} (x_{2} (k), w, d)$
f₂ ist eine Modellfunktion, die verwendet wird, um den AGR-Raten-Zukunftsprognosewert x₂(k) zu berechnen. Zuerst wird ein Prognosewert x₂(1) der AGR-Rate einen Schritt nach dem Berechnungszeitpunkt unter Verwendung von x₂(0) berechnet, was die AGR-Rate zu dem Berechnungszeitpunkt ist. x₂(0), was die AGR-Rate zu dem Berechnungszeitpunkt ist, wird durch ein bekanntes Verfahren basierend auf dem Öffnungsgrad des AGR-Ventils 63 ermittelt. Danach werden die Zukunftsprognosewerte x₂(k) der AGR-Rate aufeinanderfolgend von dem Berechnungszeitpunkt bis zu dem AGR-Raten-Prognosewert x₂(Nh) des Nh-Schrittes berechnet und es werden die Zukunftsprognosewerte eines Gesamtwerts Nh-AGR-Raten berechnet.
Die dritte Straffunktion S_Nt repräsentiert einen Erfüllungsgrad der Begrenzungsbedingung bezüglich der Turbinendrehzahl und wird von der nachfolgenden Formel (6) wie folgt definiert: $S_{Nt} = p_{3} \sum_{k = 1}^{Nh} max {x_{3} (k) - x_{3Lim},0}$

x₃(k) ist der Turbinendrehzahl-Zukunftsprognosewert, x_3Lim ist der vorgegebene obere Grenzwert der Turbinendrehzahl und p₃ ist ein vorgegebener Gewichtungskoeffizient. Die dritte Straffunktion S_Nt ist so eingerichtet, dass ein überschrittener Betrag zu der Zielfunktion J(w) als Strafe hinzuaddiert wird, wenn der Turbinendrehzahl-Zukunftsprognosewert x₃(k) den oberen Grenzwert x_3Lim überschreitet. Daher sinkt der Wert der Zielfunktion J(w) so wie der Gesamtbetrag, um den der Turbinendrehzahl-Zukunftsprognosewert x₃(k) den oberen Grenzwert x_3Lim überschreitet, sinkt.
Der Referenzregler 84 berechnet den Turbinendrehzahl-Zukunftsprognosewert x₃(k) unter Verwendung eines Modells der Verbrennungskraftmaschine 1. Der Referenzregler 84 berechnet zum Beispiel den Turbinendrehzahl-Zukunftsprognosewert x₃(k) durch Formel (7) wie folgt: $x_{3} (k + 1) = f_{3} (x_{3} (k), w, d)$
f₃ ist eine Modellfunktion, die verwendet wird, um den Turbinendrehzahl-Zukunftsprognosewert x₃(k) zu berechnen. Zuerst wird ein Prognosewert x₃(1) der Turbinendrehzahl einen Schritt nach dem Berechnungszeitpunkt unter Verwendung von x₃(0) berechnet, was die Turbinendrehzahl zu dem Berechnungszeitpunkt ist. x₃(0), was die Turbinendrehzahl zu dem Berechnungszeitpunkt ist, wird zum Beispiel von einem Turbinendrehzahlsensor (nicht dargestellt) erfasst, der in der Turbine 43 ausgebildet ist. Danach werden die Zukunftsprognosewerte x₃(k) der Turbinendrehzahl aufeinanderfolgend von dem Berechnungszeitpunkt bis zu dem Turbinendrehzahl-Prognosewert x₃(Nh) des Nh-Schrittes berechnet und es werden die Zukunftsprognosewerte eines Gesamtwerts aus Nh-Turbinendrehzahlen berechnet.
Insbesondere wird in der vorliegenden Ausführungsform der Turbinendrehzahl-Zukunftsprognosewert x₃(k) durch Formel (8) wie folgt berechnet: $x_{3} (k + 1) = A \cdot x_{3} (k) + B \cdot w_{1} (k) + C \cdot w_{2} (k) + D \cdot d_{1} (k)$
In Formel (8) repräsentiert w₁ den Korrektursollwert des Ladedrucks, w₂ repräsentiert den Korrektursollwert der AGR-Rate und d₁ die Kraftstoffeinspritzmenge. A bis D repräsentieren Koeffizienten, die sich abhängig von der Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors verändern, d. h., abhängig von der Motordrehzahl und der Kraftstoffeinspritzmenge, die Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 1 sind. Die Koeffizienten A bis D sind Werte, die im Voraus experimentell oder durch Berechnung für jeden Motorbetriebszustand bestimmt werden und sind auf dem ROM 64 oder der ECU 61 als Kennfeld gespeichert.
Die vierte Straffunktion S_pex repräsentiert den Erfüllungsgrad der Begrenzungsbedingung bezüglich des Abgasdrucks und wird durch Formel (9) wie folgt definiert: $S_{pex} = p_{4} \sum_{k = 1}^{Nh} max {x_{4} (k) - x_{4Lim},0}$
x₄(k) ist der Abgasdruck-Zukunftsprognosewert, x_4Lim ist der vorgegebene obere Grenzwert des Abgasdrucks und p₄ ist ein vorgegebener Gewichtungskoeffizient. Die vierte Straffunktion S_pex ist derart eingerichtet, dass ein überschrittener Betrag zu der Zielfunktion J(w) als Strafe hinzuaddiert wird, wenn der Abgasdruck-Zukunftsprognosewert x₄(k) den oberen Grenzwert x_4Lim überschreitet. Der Wert der Zielfunktion J(w) sinkt so wie der Gesamtbetrag, um den der Abgasdruck-Zukunftsprognosewert x₄(k) den oberen Grenzwert x_4Lim überschreitet, sinkt.
Der Referenzregler 84 berechnet den Abgasdruck-Zukunftsprognosewert x₄(k) unter Verwendung eines Modells der Verbrennungskraftmaschine 1. Der Referenzregler 84 berechnet zum Beispiel den Abgasdruck-Zukunftsprognosewert x₄(k) durch Formel (10) wie folgt: $x_{4} (k + 1) = f_{4} (x_{4} (k), w, d)$
f₄ ist eine Modellfunktion, die verwendet wird, um den Abgasdruck-Zukunftsprognosewert x₄(k) zu berechnen. Zuerst wird ein Prognosewert x₄(1) des Abgasdrucks einen Schritt nach dem Berechnungszeitpunkt unter Verwendung von x₄(0) berechnet, was dem Abgasdruck zu dem Berechnungszeitpunkt entspricht. x₄(0), der Abgasdruck zum Berechnungszeitpunkt, wird zum Beispiel von dem Drucksensor 77 erfasst, der in dem Abgaskrümmer 41 ausgebildet ist. Danach werden die Zukunftsprognosewerte x₄(k) des Abgasdrucks aufeinanderfolgend ab dem Berechnungszeitpunkt bis zu dem Abgasdruck-Prognosewert x₄(Nh) des Nh-Schrittes berechnet, und es werden die Zukunftsprognosewerte eines Gesamtbetrags aus Nh-Abgasdrücken berechnet.
Insbesondere werden in der vorliegenden Ausführungsform die Abgasdruck-Zukunftsprognosewerte x₄(k) durch Formel (11) wie folgt berechnet: $x_{4} (k + 1) = E \cdot x_{4} (k) + F \cdot w_{1} (k) + G \cdot w_{2} (k) + H \cdot d_{1} (k)$
In Formel (11) repräsentieren E bis H Koeffizienten, die sich abhängig von der Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors verändern, d. h., abhängig von der Motordrehzahl und der Kraftstoffeinspritzmenge, die Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 1 sind. Die Koeffizienten E bis H sind Werte, die im Voraus experimentell oder durch Berechnung für jeden Motorbetriebszustand bestimmt werden, und sind auf dem ROM 64 oder der ECU 61 als Kennfeld gespeichert.
<< Sollwertableitungsprozess>>
Wie oben beschrieben, leitet der Referenzregler 84 den Sollwert wf so ab, dass er den bestimmten Wert der Zielfunktion senkt, sodass der Wert mit zunehmendem Erfüllungsgrad der Begrenzungsbedingung, die sich auf die Zustandsgröße y bezieht, höher wird. Der Sollwertableitungsprozess des Referenzreglers 84 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerablauf eines normalen Sollwertableitungsprozesses der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der vorliegende Steuerablauf wird von der ECU 61 zu vorgegebenen Zeitabständen ausgeführt.
Zuerst wird in Schritt S11 der provisorische Sollwert r der Steuerausgabe x (in der vorliegenden Ausführungsform Ladedruck und AGR-Rate) bezogen, welcher basierend auf der exogenen Eingabe d unter Verwendung des Sollwertkennfelds 85 berechnet wurde.
Als nächstes werden in Schritt S12, um den optimalen Wert des Korrektursollwerts w durch das Gradientenverfahren zu suchen, die Werte der Zielfunktion J(w_a) bis J(w_d) in den vier benachbarten Sollwerten w_a bis w_d, welche von dem Ist-Korrektursollwert w um eine vorgegebene Entfernung entfernt sind, durch die obige Formel (1) berechnet. Zu diesem Zeitpunkt wird jeder Term der Zielfunktion J(w) der obigen Formel (1) unter Verwendung der benachbarten Sollwerte w_a bis w_d als Korrektursollwerte w berechnet. Der Initialwert des Korrektursollwerts w ist der provisorische Sollwert r.
Als nächstes wird in Schritt S13 der Korrektursollwert w in die Richtung des Gradienten bewegt, der aus den Werten der Zielfunktionen J(w_a) bis J(w_d) berechnet wurde. Mit anderen Worten, der Korrektursollwert w wird aktualisiert. Insbesondere wird der Korrektursollwert w auf den benachbarten Sollwert mit der kleinsten Zielfunktion J(w) aus den benachbarten Sollwerten w_a bis w_d eingestellt. Als nächstes wird in Schritt S14 zu dem Aktualisierungszähler Count 1 hinzugefügt. Der Aktualisierungszähler Count repräsentiert die Häufigkeit, wie oft der Korrektursollwert w aktualisiert wurde. Der Initialwert des Aktualisierungszählers Count ist 0.
Als nächstes wird in Schritt S15 beurteilt, ob der Aktualisierungszähler Count größer gleich einer vorgegebenen Wiederholungszahl N ist, welche zum Beispiel 5 bis 200 beträgt. Falls in Schritt S15 beurteilt wird, dass der Aktualisierungszähler Count kleiner ist als die vorgegebene Wiederholungszahl N, kehrt der vorliegende Steuerablauf zu Schritt S12 zurück. Daher wird der optimale Wert des Korrektursollwerts w wiederholt gesucht, bis der Aktualisierungszähler Count die vorgegebene Anzahl an Wiederholungen N erreicht.
Falls in Schritt S15 beurteilt wird, dass der Aktualisierungszähler Count größer gleich der vorgegebenen Anzahl an Wiederholungen N ist, schreitet der vorliegende Steuerablauf zu Schritt S16 fort. In Schritt S16 wird der Sollwert wf der Steuerausgabe x auf den endgültigen Korrektursollwert w eingestellt. Ferner wird in Schritt S16 der Aktualisierungszähler Count auf null zurückgesetzt. Nach Schritt S16 endet der vorliegende Steuerablauf.
Es ist zu beachten, dass, solange der Korrektursollwert w aktualisiert werden kann, sodass der Wert der Zielfunktion gesenkt wird, der Korrektursollwert w durch ein anderes Verfahren als das Gradientenverfahren aktualisiert werden kann.
«Reduzierung der Rechenlast»
Wenn der Sollwert wf der Steuerausgabe x in dem Referenzregler 84 wie oben beschrieben abgeleitet wird, werden repetitive Berechnungen zur Berechnung der Zielfunktion durchgeführt und die Zielfunktion selbst wird ebenfalls repetitiv berechnet. Daher ist die Rechenlast der ECU 61 hoch, wenn der Sollwert wf abgeleitet wird.
Insbesondere wird der Sollwert wf durch den Referenzregler 84 jedes Mal dann berechnet, wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 um einen vorgegebenen Winkel rotiert. Wenn die Motordrehzahl niedrig ist, überschreitet daher die Rechenlast der ECU 61 nicht die Grenze, selbst wenn der Sollwert wf durch den Referenzregler 84 unter Verwendung des normalen, oben beschriebenen Sollwertableitungsprozess abgeleitet wird. Wenn allerdings die Motordrehzahl hoch ist, wird die Rechenlast der ECU 61 die Grenze überschreiten, falls der Sollwert wf durch den Referenzregler 84 unter Verwendung des normalen Sollwertableitungsprozesses abgeleitet wird, was zu dem Auftreten von Rechenfehlern führt (zum Beispiel sinkt die Anzahl an Wiederholungen in dem Referenzregler 84). Wenn die Rechenlast der ECU 61 übermäßig hoch wird, wie beispielsweise wenn die Motordrehzahl hoch ist, ist es daher erforderlich, die Rechenlast zu reduzieren.
Wenn die Rechenlast der ECU 61 übermäßig hoch ist, leitet in der vorliegenden Ausführungsform der Referenzregler 84 den Sollwert wf durch Korrektur der provisorischen Sollwerte r der Mehrzahl an Steuerausgaben x basierend auf dem Ist-Wert der Zustandsgröße y ab, um die Begrenzungsbedingung bezüglich der Zustandsgröße y zu erfüllen, unter Verwendung eines Modells, das die Beziehung zwischen den Berichtigungsbeträgen (nachfolgend als „Sollwert-Berichtigungsbeträge“ bezeichnet) Δw aus provisorischen Sollwerten r der Mehrzahl an Steuerausgaben x ausgibt, was die Begrenzungsbedingung der Zustandsgröße y erfüllt, indem der Ist-Wert der Zustandsgröße y eingegeben wird. Zudem wird in der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Sollwert wf abgeleitet wird, das Verhältnis der Sollwert-Berichtigungsbeträge Δw zwischen der Mehrzahl an Steuerausgaben x auf ein vorgegebenes Korrekturverhältnis eingestellt, und diese Korrekturverhältnisse werden basierend auf den Werten der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine eingestellt (z. B. Motordrehzahl und Kraftstoffeinspritzmenge). Ein solches Verfahren zum Ableiten eines Sollwerts wf wird nachfolgend detailliert beschrieben.
Der Zukunftsprognosewert x₃ der Turbinendrehzahl wird durch Formel (8) wie oben beschrieben berechnet. Formel (8) kann als Turbinendrehzahl-Zukunftsprognosemodell verwendet werden, das den Zukunftsprognosewert x₃(k+1) der Turbinendrehzahl ausgibt, wenn der Korrektursollwert w₁ des Ladedrucks und der Korrektursollwert w₂ der AGR-Rate eingegeben werden, wie in 5 gezeigt. Ferner ist es zusätzlich zu den Korrektursollwerten w₁ , w₂ erforderlich, die Ist-Turbinendrehzahl x₃(k) und die Ist-Kraftstoffeinspritzmenge d₁ in dieses Turbinendrehzahl-Zukunftsprognosemodell einzugeben. $x_{3} (k + 1) = A \cdot x_{3} (k) + B \cdot w_{1} (k) + C \cdot w_{2} (k) + D \cdot d_{1} (k)$
Umgekehrt kann, wenn die Eingaben und Ausgaben des in 5 gezeigten Turbinendrehzahl-Zukunftsprognosemodells vertauscht werden, Formel (8) als Umkehrmodell des oben beschriebenen Zukunftsprognosemodells verwendet werden, welches den Korrektursollwert w₁ des Ladedrucks und den Korrektursollwert w₂ der AGR-Rate ausgibt, wenn der Zukunftsprognosewert x₃(x+1) der Turbinendrehzahl eingegeben wird, wie in 6 gezeigt. Ferner ist es, wie in 6 gezeigt, zusätzlich zu dem Zukunftsprognosewert x₃(x+1) der Turbinendrehzahl auch erforderlich, die Ist-Turbinendrehzahl x₃(k) und die Ist-Kraftstoffeinspritzmenge d₁ in dieses Umkehrmodell einzugeben.
Wenn der obere Grenzwert x_3Lim, der die Begrenzungsbedingung ist, in das Umkehrmodell als Zukunftsprognosewert x₃(k+1) der Turbinendrehzahl eingegeben wird, kann diesbezüglich anhand der nachfolgenden Formel (12) die Beziehung zwischen dem Sollwert w_1Lim des Ladedrucks und dem Sollwert w_2Lim der AGR-Rate derart erhalten werden, dass die Turbinendrehzahl zukünftig der obere Grenzwert x_3Lim wird. $B \cdot w_{1Lim} + C \cdot w_{2Lim} = x_{3Lim} - A \cdot x_{3cr} - D \cdot d_{1cr}$
Es ist zu beachten, dass Formel (12) von Formel (8) abgeleitet wird, indem x₃(k) durch die Ist-Turbinendrehzahl x₃cr ersetzt wird und d₁ in Formel (8) durch die Ist-Kraftstoffeinspritzmenge d₁cr ersetzt wird.
Der Sollwert w_1Lim des Ladedrucks, der derart erhalten wird, dass die Turbinendrehzahl zukünftig der obere Grenzwert wird, kann als der Wert ausgedrückt werden, der erhalten wird, indem der Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₁ zu dem provisorischen Sollwert r₁ addiert wird (w_1Lim = r₁ + Δw₁). Zudem kann der Sollwert w_2Lim der AGR-Rate, wonach die Turbinendrehzahl zukünftig der obere Grenzwert wird, als der Wert ausgedrückt werden, der erhalten wird, indem der Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₂ zu dem provisorischen Sollwert r₂ addiert wird (w_2Lim = r₂ + Δw₂). Formel (12) kann daher als nachfolgende Formel (13) dargestellt werden: $B \cdot (r_{1} + Δ w_{1}) + C \cdot (r_{2} + Δ w_{2}) = x_{3Lim} - A \cdot x_{3cr} - D \cdot d_{1cr}$
Indem der Ist-Wert der Turbinendrehzahl eingegeben wird, welcher eine Zustandsgröße ist, kann gemäß der Formel (13) oben die Beziehung zwischen dem Sollwert-Berichtigungsbetrag des Ladedrucks und dem Sollwert-Berichtigungsbetrag der AGR-Rate derart erhalten werden, dass die Turbinendrehzahl den oberen Grenzwert annimmt (d. h., sodass die Begrenzungsbedingungen der Zustandsgrößen erfüllt sind). Indem in dem Umkehrmodell der Ist-Wert der Zustandsgröße (Turbinendrehzahl) eingegeben wird, wird die Beziehung zwischen den Berichtigungsbeträgen aus den provisorischen Sollwerten der Mehrzahl an Steuerausgaben derart ausgegeben, dass die Begrenzungsbedingung dieser Zustandsgröße erfüllt ist (die Beziehung zwischen dem Sollwert-Berichtigungsbetrag des Ladedrucks und dem Sollwert-Berichtigungsbetrag der AGR-Rate).
In Formel (13) sind die Variablen der Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₁ des Ladedrucks und der Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₂ der AGR-Rate. Da in Formel (13) zwei Variablen in einer einzelnen Gleichung vorhanden sind, kann die Formel (13) nicht auf einfache Weise gelöst werden, um den Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₁ des Ladedrucks und den Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₂ der AGR-Rate zu finden.
Dagegen repräsentieren die Koeffizienten A bis D in Formel (8) die Empfindlichkeit von jedem Parameter x₃ , w₁ , w₂ und d₁ gegenüber der zukünftigen Turbinendrehzahl. Daher gilt, dass, je größer die Werte der zu multiplizierenden Koeffizienten A bis D sind, desto größer ist die Änderungsrate der Turbinendrehzahl zu der Veränderung der Parameter. Mit anderen Worten, die zukünftige Turbinendrehzahl verändert sich beträchtlich, selbst falls sich die Werte der Parameter leicht verändern, da die Werte der Multiplikationskoeffizienten A bis D steigen. Dagegen verändert sich die zukünftige Turbinendrehzahl mit kleiner werdenden Werten der zu multiplizierenden Koeffizienten A bis D nicht, außer die Werte der Parameter verändern sich beträchtlich.
Der provisorische Sollwert r, der durch das Sollwertkennfeld 85 berechnet wird, wird auf einen optimalen Wert entsprechend dem Motorbetriebszustand eingestellt. Daher ist es, selbst wenn der provisorische Sollwert r unter Verwendung des Referenzreglers 84 korrigiert wird, zu bevorzugen, dass der Berichtigungsbetrag so klein ist wie möglich.
In der vorliegenden Ausführungsform werden der Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₁ des Ladedrucks und der Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₂ der AGR-Rate so berechnet, dass das Verhältnis derselben dem oben beschriebenen Verhältnis von Koeffizient B zu Koeffizient C entspricht (Δw₁:Δw₂ = B:C). Insbesondere wird Δw₂ berechnet, indem Δw₁ = B/C·Δw₂ in Formel (13) eingesetzt wird und Δw₁ basierend auf Δw₂ berechnet wird. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Beschreibung das Verhältnis der Berichtigungsbeträge w der provisorischen Sollwerte r zwischen der Mehrzahl an Steuerausgaben x (B/C in der vorliegenden Ausführungsform) als Korrekturverhältnis bezeichnet wird.
Wenn das Verhältnis des Sollwert-Berichtigungsbetrags Δw₁ des Ladedrucks und des Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₂ der AGR-Rate auf diese Weise eingestellt wird, wird der Sollwert der Steuerausgabe x mit der höchsten Empfindlichkeit um ein höheres Ausmaß korrigiert. Daher können gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₁ des Ladedrucks und der Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₂ der AGR-Rate so berechnet werden, dass die Turbinendrehzahl zum oberen Grenzwert wird, während die Sollwert-Berichtigungsbeträge Δw₁ und Δw₂ des Ladedrucks und der AGR-Rate insgesamt auf ein Minimum reduziert werden.
Ferner werden, wie oben beschrieben, Koeffizienten A bis D aus oben beschriebener Formel (8) für jeden Motorbetriebszustand bezogen. Mit anderen Worten, die Koeffizienten A bis D verändern sich abhängig von dem Motorbetriebszustand. Daher verändert sich auch das Korrekturverhältnis abhängig von dem Motorbetriebszustand, wenn der Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₁ des Ladedrucks und der Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₂ der AGR-Rate korrigiert werden. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform das Korrekturverhältnis basierend auf dem Motorbetriebszustand eingestellt, d. h., basierend auf den Betriebsparametern der Verbrennungskraftmaschine 1 (z. B. der Motordrehzahl und der Kraftstoffeinspritzmenge). Indem das Korrekturverhältnis basierend auf dem Motorbetriebszustand auf diese Weise eingestellt wird, können geeignete Sollwert-Berichtigungsbeträge Δw₁ , Δw₂ des Ladedrucks und der AGR-Rate entsprechend dem Motorbetriebszustand berechnet werden.
Es ist zu beachten, dass in der oben beschriebenen Ausführungsform der obere Grenzwert x_3Lim, der eine Begrenzungsbedingung ist, in das Umkehrmodell als Zukunftsprognosewert x₃(k+1) der Turbinendrehzahl eingegeben wird, und der Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₁ des Ladedruck und der Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₂ der AGR-Rate werden so berechnet, dass die Turbinendrehzahl der obere Grenzwert wird. Solange allerdings der Zukunftsprognosewert x₃(k+1) der Turbinendrehzahl ein Wert ist, der die Begrenzungsbedingung erfüllt, kann ein anderer Wert als der obere Grenzwert x_3Lim (z. B. ein vorgegebener Wert unter dem oberen Grenzwert x_3Lim) in den Zukunftsprognosewert x₃(k+1) der Turbinendrehzahl eingegeben werden. Selbst in einem solchen Fall werden der Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₁ des Ladedrucks und der Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₂ der AGR-Rate so berechnet, dass die Turbinendrehzahl die Begrenzungsbedingung erfüllt.
Ferner wird in der oben beschriebenen Ausführungsform das Korrekturverhältnis auf den Wert (B/C) eingestellt, der erhalten wird, indem Koeffizient B aus Formel (8) durch Koeffizient C aus Formel (8) dividiert wird. Allerdings ist es nicht notwendigerweise entscheidend, dass das Korrekturverhältnis auf B/C eingestellt wird. Das Korrekturverhältnis kann auf einen anderen Wert als B/C eingestellt werden. Indem der Sollwert-Berichtigungsbetrag des Ladedrucks oder der AGR-Rate erhöht wird, je nachdem, welcher eine höhere Empfindlichkeit aufweist, können die Sollwert-Berichtigungsbeträge Δw₁ und Δw₂ des Ladedrucks und der AGR-Rate insgesamt auf ein Minimum reduziert werden. Daher ist es zu bevorzugen, dass das Korrekturverhältnis derart korrigiert wird, dass der provisorische Sollwert der Steuerausgabe mit höherer Empfindlichkeit, d. h., der provisorische Sollwert der Steuerausgabe mit dem höchsten Absolutwert aus den zu multiplizierenden Koeffizienten B, C, relativ hoch ist.
Ferner verändern sich die Koeffizienten A bis D für jeden Motorbetriebszustand wie oben beschrieben. Daher verändert sich der optimale Wert für das Korrekturverhältnis entsprechend dem Motorbetriebszustand, selbst falls das Korrekturverhältnis auf einen anderen Wert als B/C eingestellt wird. Daher wird das Korrekturverhältnis basierend auf dem Motorbetriebszustand eingestellt, d. h. basierend auf den Werten der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine, selbst wenn das Korrekturverhältnis auf einen anderen Wert als B/C eingestellt wird.
<< Flussdiagramm>>
7 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerablauf des Sollwertberechnungsprozesses zum Berechnen der Sollwerte von Ladedruck und AGR-Rate, welche Steuerausgaben sind, zeigt. Der dargestellte Steuerablauf wird in regelmäßigen Zeitabständen ausgeführt.
Wie in 7 gezeigt, werden in Schritt S21 die provisorischen Sollwerte r des Ladedrucks und der AGR-Rate (der provisorische Sollwert r₁ des Ladedrucks und der provisorische Sollwert r₂ der AGR-Rate), welche Steuerausgaben sind, basierend auf dem Motorbetriebszustand (z. B. die Motordrehzahl und die Kraftstoffeinspritzmenge) unter Verwendung eines in 3 gezeigten Kennfeldes bezogen. Der Motorbetriebszustand wird basierend auf verschiedenen Sensoren erfasst, die in der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgebildet sind. Die Motordrehzahl wird basierend auf der Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 76 berechnet, die Kraftstoffeinspritzmenge wird basierend auf einem Steuersignal berechnet, das dem Kraftstoffeinspritzventil 21 zugeführt wird.
Falls angenommen wird, dass die Sollwerte des Ladedrucks und der AGR-Rate auf die vorläufigen Sollwerte r, welche in Schritt S21 berechnet wurden, eingestellt wurden, wird als nächstes in Schritt S22 beurteilt, ob erwartet wird, dass die Turbinendrehzahl, die eine Zustandsgröße ist, gehalten wird oder nicht, während die Begrenzungsbedingung im Einzelnen erfüllt wird. Insbesondere werden die Zukunftsprognosewerte x₃ der Turbinendrehzahl aus dem Berechnungszeitpunkt bis zu dem Nh-Schritt unter Verwendung der oben beschriebenen Formel (8) berechnet. Wenn einer der Mehrzahl an berechneten Zukunftsprognosewerten x₃ kleiner gleich dem oberen Grenzwert als Begrenzungsbedingung ist, wird in Schritt S22 beurteilt, dass die Turbinendrehzahl gehalten werden wird, während die Begrenzungsbedingungen zukünftig erfüllt werden. In diesem Fall schreitet der Steuerablauf zu Schritt S23 fort, die Sollwerte wf des Ladedrucks und der AGR-Rate (Sollwert wfi des Ladedrucks und Sollwert wf₂ der AGR-Rate), die Steuerausgaben sind, werden auf die provisorischen Sollwerte r, die in Schritt S21 berechnet wurden, eingestellt, und der Steuerablauf endet. Umgekehrt schreitet der Prozess zu Schritt S24 fort, wenn in Schritt 22 beurteilt wird, dass es unwahrscheinlich ist, dass die Turbinendrehzahl zukünftig die Begrenzungsbedingung erfüllen wird.
In Schritt S24 wird bestimmt, ob die Rechenlast der ECU 61 höher ist als eine vorgegebene obere Grenzlast oder nicht. Insbesondere wird, da die Berechnungsfrequenz für Berechnung des Sollwerts umso höher wird, je höher die Motordrehzahl ist, zum Beispiel, wenn die Motordrehzahl niedriger ist als die vorgegebene obere Drehzahlgrenze, beurteilt, dass die Rechenlast niedrig ist, und wenn die Motordrehzahl größer gleich der oberen Drehzahlgrenze ist, wird bestimmt, dass die Rechenlast hoch ist. Falls einige oder alle der Mehrzahl an Wiederholungen von Ableitungen der Zielfunktion basierend auf Formel (1) oben während Ausführung eines vorherigen Steuerablaufs übersprungen werden, wird ferner bestimmt, dass die Rechenlast hoch ist.
Wenn in Schritt S24 bestimmt wird, dass die Rechenlast kleiner gleich der vorgegebenen oberen Grenzlast ist, schreitet der Prozess zu Schritt S25 fort. In Schritt S25 werden die Sollwerte wf der AGR-Rate und des Ladedrucks berechnet, indem der normale, in 4 gezeigte Sollwertableitungsprozess ausgeführt wird, und danach endet der Steuerablauf.
Wenn in Schritt S24 umgekehrt beurteilt wird, dass die Rechenlast höher ist als die vorgegebene obere Grenzlast, schreitet der Prozess zu Schritt S26 fort. In Schritt S26 werden die Koeffizienten A bis D des in 5 gezeigten Turbinendrehzahl-Zukunftsprognosemodells berechnet. Insbesondere werden die Beziehungen zwischen dem Motorbetriebszustand und jedem Koeffizienten auf dem ROM 64 der ECU 61 im Voraus als Kennfelder oder Berechnungsformeln gespeichert. Jeder Koeffizient A bis D wird basierend auf dem aktuellen Motorbetriebszustand unter Verwendung des Kennfelds oder dergleichen, der auf dem ROM 64 der ECU 61 gespeichert ist, berechnet.
Als nächstes wird in Schritt S27 das Korrekturverhältnis basierend auf den in Schritt S26 berechneten Koeffizienten berechnet. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Korrekturverhältnis auf einen Wert eingestellt, der erhalten wird, indem Koeffizient B durch Koeffizient C dividiert wird. Als nächstes werden in Schritt S28 die Sollwert-Berichtigungsbeträge Δw des Ladedrucks und AGR-Rate basierend auf dem in Schritt S27 berechneten Korrekturverhältnis unter Verwendung des in 6 gezeigten Umkehrmodells berechnet (unter Verwendung von Formel (13)). Als nächstes werden in Schritt S29 die Sollwerte wf des Ladedrucks und der AGR-Rate basierend auf den in Schritt S21 bezogenen provisorischen Sollwerten r des Ladedrucks und der AGR-Rate und den in Schritt S28 berechneten Sollwert-Berichtigungsbeträgen Δw des Ladedrucks und der AGR-Rate berechnet und danach endet der Steuerablauf.
«<Abwandlung»
In der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Sollwerte des Ladedrucks und der AGR-Rate so berechnet, dass die Turbinendrehzahl zukünftig der obere Grenzwert wird. Allerdings können die Sollwerte des Ladedrucks und der AGR-Rate so berechnet werden, dass eine andere Zustandsgröße der Verbrennungskraftmaschine zukünftig der obere Grenzwert wird. Beispiele für solche Zustandsgrößen umfassen Abgasdruck, Ladedruck, AGR-Rate usw. Der Fall, in dem ein Abgasdruck als Zustandsgröße verwendet wird, wird nachfolgend kurz beschrieben.
Der Abgasdruck-Zukunftsprognosewert x₄ wird durch die oben beschriebene Formel (11) berechnet. Diese wie in 8 gezeigte Formel kann als Abgasdruck-Zukunftsprognosemodell verwendet werden. Umgekehrt kann, wenn die Eingaben und Ausgaben des in 8 gezeigten Abgasdruck-Zukunftsprognosemodells vertauscht werden, Formel (11) als Umkehrmodell des oben beschriebenen Zukunftsprognosemodells verwendet werden, welches den Korrektursollwert w₁ des Ladedrucks und den Korrektursollwert w₂ der AGR-Rate ausgibt, wenn der Zukunftsprognosewert x₄(x+1) des Abgasdrucks eingegeben wird.
Wenn der obere Grenzwert x_4Lim, der eine Begrenzungsbedingung ist, in das Umkehrmodell als Zukunftsprognosewert x₄(k+1) des Abgasdrucks eingegeben wird, kann anhand der nachfolgenden Formeln (14) und (15) die Beziehung zwischen dem Sollwert des Ladedrucks und des Sollwerts der AGR-Rate derart erhalten werden, dass der Abgasdruck zukünftig der obere Grenzwert x_4Lim wird. $F \cdot w_{1Lim} + G \cdot w_{2Lim} = x_{4Lim} - E \cdot x_{4cr} - H \cdot d_{1cr}$
$F \cdot (r_{1} + Δ w_{1}) + G \cdot (r_{2} + Δ w_{2}) = x_{4Lim} - E \cdot x_{4cr} - H \cdot d_{1cr}$
Es ist zu beachten, dass Formel (14) abgeleitet wird, indem x₄(k) in Formel (11) durch den Ist-Abgasdruck x₄cr ersetzt wird und d₁ in Formel (11) durch die Ist-Kraftstoffeinspritzmenge d₁ cr ersetzt wird.
Der Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₁ des Ladedrucks und der Sollwert-Berichtigungsbetrag Δw₂ der AGR-Rate werden so berechnet, dass das Verhältnis derselben das oben beschriebene Verhältnis (Korrekturverhältnis) Koeffizienten F zu Koeffizienten G wird (Δw1:Δw2 = F:G). Insbesondere wird Δw₂ berechnet, indem Δw₁ = F/G· Δw₂ in Formel (15) eingesetzt wird und Δw₁ basierend auf Δw₂ berechnet wird.
Es ist zu beachten, dass es ähnlich wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform nicht notwendigerweise entscheidend ist, dass das Korrekturverhältnis auf F/G eingestellt wird. Das Korrekturverhältnis kann auf einen anderen Wert als F/G eingestellt werden. Da sich die Koeffizienten E bis H für jeden Motorbetriebszustand verändern, wird das Korrekturverhältnis vorzugsweise basierend auf dem Motorbetriebszustand eingestellt, d. h. basierend auf den Werten der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine.
Ferner werden in der oben beschriebenen Ausführungsform der Ladedruck und die AGR-Rate als Steuerausgaben verwendet, für die die Sollwerte eingestellt werden. Allerdings kann der Steuerwert, für den ein Sollwert eingestellt wird, ein anderer Parameter sein, wie beispielsweise eine NOx-Konzentration in dem Abgas.
«Zweite Ausführungsform»
Als nächstes wird ein Controller für die Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Die Struktur und Steuerung des Controllers gemäß der zweiten Ausführungsform ist im Wesentlichen mit der Struktur und Steuerung des Controllers gemäß der ersten Ausführungsform identisch. Die Abschnitte, die sich von dem Controller gemäß der ersten Ausführungsform unterscheiden, werden hauptsächlich nachfolgend beschrieben.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird der Sollwert wf der Steuerausgabe x so berechnet, dass eine Begrenzungsbedingung einer Mehrzahl an Parametern, welche die Zustandsgröße repräsentieren, erfüllt wird. Falls allerdings mehrere Parameter die Zustandsgröße repräsentieren, ist es möglich, dass selbst falls der Sollwert derart berechnet wird, dass einer der Parameter die Begrenzungsbedingung erfüllt, nicht alle Paramater, welche die Zustandsgröße repräsentieren, die Begrenzungsbedingung derselben erfüllen.
Wenn, unter der Annahme, dass die Sollwerte der Mehrzahl an Steuerausgaben x auf die jeweiligen provisorischen Sollwerte r eingestellt sind, prognostiziert wird, dass die Begrenzungsbedingungen bezüglich der Mehrzahl an Zustandsgrößen nicht erfüllt werden, werden in der vorliegenden Ausführungsform die Sollwerte derart abgeleitet, dass die Begrenzungsbedingung derjenigen Zustandsgröße aus der Mehrzahl an Zustandsgrößen erfüllt wird, die einen größeren Abweichungsgrad von den Begrenzungsbedingungen aufweist. Der Fall, in dem eine Turbinendrehzahl und ein Abgasdruck als Zustandsgrößen verwendet werden, wird nachfolgend als Beispiel beschrieben.
Wie oben beschrieben repräsentiert die in Formel (6) gezeigte dritte Straffunktion S_Nt den Erfüllungsgrad der Begrenzungsbedingung bezüglich der Turbinendrehzahl, d. h., die Größenordnung des Abweichungsgrads von der Begrenzungsbedingung bezüglich der Turbinendrehzahl. Je größer der Wert der dritten Straffunktion S_Nt, desto größer ist der Abweichungsgrad von der Begrenzungsbedingung. Die in Formel (9) gezeigte vierte Straffunktion S_pex repräsentiert den Erfüllungsgrad der Begrenzungsbedingung bezüglich eines Abgasdrucks, d. h. die Größenordnung des Abweichungsgrads von der Begrenzungsbedingung bezüglich des Abgasdrucks. Je größer der Wert der vierten Straffunktion S_pex, desto größer ist der Abweichungsgrad von der Begrenzungsbedingung.
In der vorliegenden Ausführungsform werden der Wert der dritten Straffunktion S_Nt und der Wert der vierten Straffunktion S_pex verglichen und wenn der Wert der dritten Straffunktion S_Nt größer ist, werden die Sollwerte des Ladedrucks und der AGR-Rate, welche Steuerausgaben sind, derart abgeleitet, dass die Turbinendrehzahl die Begrenzungsbedingung erfüllt. Wenn der Wert der vierten Straffunktion S_pex als Ergebnis des Vergleichs größer ist, werden umgekehrt die Sollwerte des Ladedrucks und der AGR-Rate, welche Steuerausgaben sind, so abgeleitet, dass der Abgasdruck die Begrenzungsbedingung erfüllt. Folglich wird verhindert, dass die Turbinendrehzahl und der Abgasdruck, welche Zustandsgrößen sind, zu stark von den Begrenzungsbedingung abweichen.
10 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerablauf eines Sollwertberechnungsprozesses zum Berechnen der Sollwerte von Ladedruck und AGR-Rate, welche Steuerausgaben sind, zeigt. Der dargestellte Steuerablauf wird in regelmäßigen Zeitabständen ausgeführt. Da Schritte S31 bis S35 und S37 bis S40 des in 10 gezeigten Flussdiagramms jeweils mit den Schritten S21 bis S25 und S27 bis S29 aus 7 identisch sind, wurde auf eine Erläuterung derselben verzichtet.
Wenn in Schritt S34 beurteilt wird, dass die Rechenlast höher ist als die vorgegebene obere Grenzlast, schreitet der Prozess zu Schritt S36 fort. In Schritt S36 wird die Zustandsgröße mit der größten Abweichung aus der Mehrzahl an Zustandsgrößen von den Begrenzungsbedingungen festgelegt. Insbesondere werden die dritte Straffunktion S_Nt und die vierte Straffunktion S_pex berechnet und die Zustandsgröße, die der Straffunktion mit dem höchsten Wert aus denselben entspricht, wird festgelegt. Als nächstes wird in den Schritten S37 bis S39 der Sollwert wf so berechnet, dass der angegebene Zustandswert die Begrenzungsbedingung erfüllt.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungskraftmaschine
5: Abgasturbolader
52: AGR-Steuerventil
61: Elektronische Steuereinheit (ECU)
82: Rückführungsregler
84: Referenzregler

Claims

Controller für eine Verbrennungskraftmaschine aufweisend: ein Berechnungsteil eines provisorischen Sollwerts zum Berechnen von provisorischen Sollwerten einer Mehrzahl an Steuerausgaben der Verbrennungskraftmaschine basierend auf Werten von Betriebsparametern der Verbrennungskraftmaschine, einen Referenzregler zum Ableiten von Sollwerten der Steuerausgaben durch Korrigieren der provisorischen Sollwerte, sodass ein Erfüllungsgrad von Begrenzungsbedingungen bezüglich Zustandsgrößen der Verbrennungskraftmaschine hoch ist, wenn prognostiziert wird, dass die Begrenzungsbedingungen bezüglich der Zustandsgrößen der Verbrennungskraftmaschine in der Zukunft nicht erfüllt werden, unter der Annahme, dass die Sollwerte der Mehrzahl an Steuerausgaben auf jeweilige provisorische Sollwerte eingestellt werden, und einen Rückführungsregler zum Bestimmen von Steuereingaben der Verbrennungskraftmaschine, sodass sich die Werte der Steuerausgaben den Sollwerten annähern, wobei der Referenzregler die Sollwerte ableitet, indem er die provisorischen Sollwerte der Mehrzahl an Steuerausgaben basierend auf den Ist-Werten der Zustandsgrößen korrigiert, um die Begrenzungsbedingungen bezüglich der Zustandsgrößen unter Verwendung eines Berechnungsmodells zu erfüllen, welches eine Beziehung zwischen den Berichtigungsbeträgen von den provisorischen Sollwerten der Mehrzahl an Steuerausgaben, wonach die Begrenzungsbedingungen der Zustandsgrößen erfüllt sind, indem die Ist-Werte der Zustandsgrößen eingegeben werden und, wenn die Sollwerte abgeleitet werden, ein Verhältnis der Berichtigungsbeträge von den provisorischen Sollwerten zwischen der Mehrzahl an Steuerausgaben auf ein vorgegebenes Korrekturverhältnis eingestellt wird, und das Korrekturverhältnis basierend auf den Werten der Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine eingestellt wird.
Controller für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei das Korrekturverhältnis so eingestellt wird, dass der Berichtigungsbetrag des provisorischen Sollwerts einer Steuerausgabe mit hoher Empfindlichkeit zu den Zustandsgrößen aus der Mehrzahl an Steuerausgaben relativ hoch ist im Vergleich zu den Berichtigungsbeträgen der provisorischen Sollwerte der anderen Steuerausgaben.
Controller einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn eine Rechenlast des Controllers niedriger ist als eine vorgegebene Last, der Referenzregler den Sollwert ohne Verwendung des Berechnungsmodells ableitet, sodass der Wert einer Zielfunktion, welche mit steigendem Erfüllungsgrad der Begrenzungsbedingungen bezüglich der Zustandsgröße kleiner wird, sinkt.
Controller für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verbrennungskraftmaschine einen Abgasturbolader aufweist, und die Zustandsgrößen eine Turbinendrehzahl des Abgasturboladers umfassen und die Begrenzungsbedingungen eine Bedingung umfassen, bei der die Turbinendrehzahl kleiner gleich einer vorgegebenen Drehzahl ist.
Controller für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zustandsgrößen einen Abgasdruck umfassen und die Begrenzungsbedingungen eine Bedingung umfassen, bei welcher der Abgasdruck kleiner gleich einem vorgegebenen Druck ist.
Controller für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Verbrennungskraftmaschine einen Abgasturbolader und ein AGR-System aufweist, und die Steuerausgaben x einen Ladedruck und eine AGR-Rate umfassen.
Controller für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn prognostiziert wird, dass die Begrenzungsbedingungen bezüglich der Mehrzahl an Zustandsgrößen der Verbrennungskraftmaschine nicht erfüllt sein werden, unter der Annahme, dass die Sollwerte der Mehrzahl an Steuerausgaben auf die jeweiligen provisorischen Sollwerte eingestellt wurden, der Referenzregler die Sollwerte ableitet, indem er die provisorischen Sollwerte der Mehrzahl an Steuerausgaben derart korrigiert, dass die Begrenzungsbedingung bezüglich einer Zustandsgröße aus der Mehrzahl an Zustandsgrößen mit einem größerem Abweichungsgrad von den Begrenzungsbedingungen erfüllt wird.
Controller für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Referenzregler ein Prognosemodell aufweist zum Ausgeben von zukünftigen Werten der Zustandsgrößen, wenn die Sollwerte der Steuerausgaben und die Ist-Werte der Zustandsgrößen eingegeben werden, und ein Umkehrprognosemodell zum Ausgeben der Sollwerte der Steuerausgaben, wenn die Ist-Werte und zukünftigen Werte der Zustandsgrößen eingegeben werden, der Referenzregler beurteilt, ob die Begrenzungsbedingungen zukünftig erfüllt werden oder nicht basierend auf zukünftigen Werten der Zustandsgrößen, die erhalten werden, indem die provisorischen Sollwerte der Steuerausgaben und die Ist-Werte der Zustandsgrößen in das Prognosemodell eingegeben werden, und das Berechnungsmodell ein Umkehrprognosemodell ist.