DE102021122208A1

DE102021122208A1 - Vorsteuerungsmechanismus mit Signalabfall zur Drehmomenteinstellung im Dieselmotorbetrieb

Info

Publication number: DE102021122208A1
Application number: DE102021122208.7A
Authority: DE
Inventors: Andrew Shroll; Omkar Dumbre; Taner Tuken
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2020-11-17
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2022-05-19
Also published as: US11279366B1

Abstract

System und Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Dieselmotors mithilfe der Vorsteuerungslastvorhersage. Eine elektronische Steuerung bestimmt eine Differenz zwischen einem Motordrehzahl-Istwert des Dieselmotors und einem Motordrehzahl-Sollwert und erzeugt einen Rückkopplungssteuerbefehl basierend auf der bestimmten Differenz. Als Reaktion auf das Erkennen einer oder mehrerer Bedingungen, die auf ein erwartetes mechanisches Belastungsereignis hinweisen, das eine mechanische Gesamtlast des Dieselmotors ändert, wendet die elektronische Steuerung einen Vorsteuerungsversatz auf den Rückkopplungssteuerbefehl gemäß einer Rückkopplungsversatzfunktion an. Die Rückkopplungsversatzfunktion bewirkt, dass die Größe des Rückkopplungsversatzes über einen Zeitraum abnimmt, bis der Versatz auf Null zurückkehrt (d. h. eine Signalabfallfunktion). Der Dieselmotor wird dann auf Grundlage des Rückkopplungssteuerbefehls und des Vorsteuerungsversatzes betrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme und Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Dieselmotors, wie beispielsweise des Dieselmotors eines Mähdreschers.
Einige elektronisch gesteuerte Dieselmotoren sind konfiguriert, um durch eine auf Motordrehzahl basierende Rückkopplung gesteuert zu werden, wobei „Drehzahlfehler“ (d. h. ein Unterschied zwischen Ist-Motordrehzahl und Soll-Motordrehzahl) verwendet wird, um einen Drehmoment-/Kraftstoffzufuhrwert zu berechnen, der dann wiederum verwendet wird, um den Motor zu steuern. Beispielsweise kann eine Steuerung mit proportionaler integraler Ableitung (PID) verwendet werden, um die Motorsteuerungseinstellung (z. B. Drehmoment/Kraftstoffzufuhr) anzupassen. In einigen Implementierungen werden Änderungen der Motorlast nur durch eine entsprechende Änderung der Motorsteuerungseinstellung berücksichtigt, nachdem die Änderung der Motorlast zu einer Änderung der Motordrehzahl führt, die sich dann als ein „Drehzahlfehler“ widerspiegelt. Große, plötzliche Lastwechsel können zu großen Drehzahlabfällen führen.
In einigen Implementierungen kann ein Vorsteuerungssignal auf Grundlage einer „Lastvorhersage“ verwendet werden, um plötzliche Lastanstiege und plötzliche Lastabnahmen zu adressieren. Durch genaue Steuerung des Zeitpunkts und der Größe dieser Lastvorhersageeinstellung können potenzielle Vorteile realisiert werden. Beispielsweise kann das Luftsystem auf einen Zustand (z. B. Turbodrehzahl usw.) eingestellt werden, um eine große Kraftstoffzufuhrerhöhung besser zu unterstützen, wenn die erhöhte Last realisiert wird.
In einigen Implementierungen ist ein Dieselmotorsteuersystem konfiguriert, um eine Vorsteuerung (d. h. eine Lastvorhersage) mit einem Signalabfallmechanismus anzuwenden. Der Drehmoment-/Kraftstoffzufuhrbefehl, der an den Motor angelegt wird, ist eine Summierung des Rückkopplungssteuerdrehmoment-/Kraftstoffzufuhrbefehls (z. B. aus der PID) und eines Vorsteuerungsdrehmoment-/Kraftstoffzufuhrbefehls. In einigen Implementierungen wird eine Sicherheitsprüfung auf die summierten Befehle angewendet, um sicherzustellen, dass der Motorbetrieb innerhalb definierter sicherer Betriebsbereiche (z. B. einer definierten Hüllkurve der Motordrehzahl) bleibt. In einigen Implementierungen ermöglicht das Abklingen des Vorsteuerungssignals (z. B. eines Filters erster Ordnung) die Rückkopplungssteuerung, um die vollständige Steuerung nahtlos wieder aufzunehmen, nachdem das Belastungsereignis aufgetreten ist. In einigen Implementierungen ist der Vorsteuerungsmechanismus nicht von einem kontinuierlichen Signal von dem Fahrzeug abhängig (das Anforderungen an die Drehmomentgenauigkeit hätte), sondern wird nur als eine Schrittwechselzunahme mit dem entsprechenden Signalabfall angewendet. Wie im Folgenden ausführlicher erörtert, zeigen die Modellierungsergebnisse relativ robuste Leistungsverbesserungen im Vergleich zu einem Ausgangswert der Nur-Rückkopplungssteuerung mit begrenzter Empfindlichkeit für den Zeitpunkt und die Größe des Lastvorhersagesignals.
In einer Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Dieselmotors mithilfe einer Vorsteuerungslastvorhersage bereit. Eine elektronische Steuerung bestimmt eine Differenz zwischen einem Motordrehzahl-Istwert des Dieselmotors und einem Motordrehzahl-Sollwert und erzeugt einen Rückkopplungssteuerbefehl basierend auf der bestimmten Differenz. Als Reaktion auf das Erkennen einer oder mehrerer Bedingungen, die auf ein erwartetes mechanisches Belastungsereignis hinweisen, das eine mechanische Gesamtlast des Dieselmotors ändert, wendet die elektronische Steuerung einen Vorsteuerungsversatz auf den Rückkopplungssteuerbefehl gemäß einer Rückkopplungsversatzfunktion an. Die Rückkopplungsversatzfunktion bewirkt, dass die Größe des Rückkopplungsversatzes über einen Zeitraum abnimmt, bis der Versatz auf Null zurückkehrt. Der Dieselmotor wird dann auf Grundlage des Rückkopplungssteuerbefehls und des Vorsteuerungsversatzes betrieben. Beispielsweise werden in einigen Implementierungen die Werte des Rückkopplungssteuerbefehls und des Vorsteuerungsversatzes summiert, um eine Gesamtdrehmomentbefehlsausgabe zu erzeugen.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein System zum Steuern des Betriebs eines Dieselmotors mithilfe einer Vorsteuerungslastvorhersage bereit. Das System beinhaltet eine elektronische Steuerung (z. B. einen elektronischen Prozessor, der kommunikativ an einen nichtflüchtigen computerlesbaren Speicher gekoppelt ist, der computerausführbare Anweisungen speichert, die, wenn sie vom Prozessor ausgeführt werden, den Betrieb der Steuerung steuern). Die elektronische Steuerung ist konfiguriert, um eine Differenz zwischen einem Motordrehzahl-Istwert des Dieselmotors und einem Motordrehzahl-Sollwert zu bestimmen und einen Rückkopplungssteuerbefehl auf Grundlage der bestimmten Differenz zu erzeugen. Als Reaktion auf das Erkennen einer oder mehrerer Bedingungen, die auf ein erwartetes mechanisches Belastungsereignis hinweisen, das eine mechanische Gesamtlast des Dieselmotors ändert, wendet die elektronische Steuerung einen Vorsteuerungsversatz auf den Rückkopplungssteuerbefehl gemäß einer Rückkopplungsversatzfunktion an. Die Rückkopplungsversatzfunktion bewirkt, dass die Größe des Rückkopplungsversatzes über einen Zeitraum abnimmt, bis der Versatz auf Null zurückkehrt. Die elektronische Steuerung erzeugt dann ein oder mehrere Steuersignale an Stellglieder des Dieselmotors, die den Dieselmotor veranlassen, auf Grundlage eines Drehmomentausgabebefehls, der eine Summe des Rückkopplungssteuerbefehls und des Vorsteuerungsversatzes angibt, zu arbeiten.
Weitere Aspekte der Erfindung werden ersichtlich, wenn man mit der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen betrachtet.

1 ist ein Blockdiagramm eines mechanischen Leistungsverteilungssystems für einen Mähdrescher gemäß einer Implementierung.
2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Dieselmotors in dem System von 1 auf Grundlage einer Motordrehzahlrückkopplung.
3 ist ein Diagramm von Änderungen der Motordrehzahl als eine Funktion der Zeit als Reaktion auf eine Änderung der Motorlast.
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Dieselmotors in dem System von 1, das sowohl einen Rückkopplungs- als auch einen Vorsteuerungsmechanismus zum Steuern des Motordrehmoments verwendet.
5 ist ein Diagramm einer Vorsteuerungsanpassung, die dem Ergebnis des Rückkopplungssystems in dem Verfahren von 4 zur Lastvorhersage hinzugefügt wird.
6 ist ein Diagramm der Motordrehmomentanpassungen, die für den Vorsteuerungsmechanismus in den Beispielen von 3 angewendet werden.
7 ist ein Diagramm von Änderungen der Motordrehzahl als eine Funktion der Zeit, welche die Zeitempfindlichkeit des Vorsteuerungs-Lastvorhersagemechanismus von 4 zeigt.
8 ist ein Diagramm von Änderungen der Motordrehmomentanpassungen, die für den Vorsteuerungsmechanismus für die Beispiele von 7 angewendet werden.
9 ist ein Diagramm von Änderungen der Motordrehzahl als eine Funktion der Zeit, die eine Größenempfindlichkeit des Lastvorhersagevorsteuerungsmechanismus von 4 zeigt.
10 ist ein Diagramm von Änderungen der Motordrehmomentanpassungen, die in den Beispielen von 9 für den Vorsteuerungsmechanismus angewendet werden.
11 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems zum Implementieren des vorsteuerungsbasierten Lastvorhersagemechanismus für 4.
12 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen und Anwenden der Vorsteuerungseinstellung auf den Motordrehmomentbedarf in dem Lastvorhersagemechanismus von 4.

Bevor Ausführungsformen der Erfindung im Detail erklärt werden, sollte verstanden werden, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Komponentenanordnung beschränkt ist, welche in der folgenden Beschreibung erläutert oder in den folgenden Zeichnungen dargestellt sind. Die Erfindung kann andere Ausführungsformen haben und auf verschiedene Weisen angewendet oder ausgeführt werden.
1 veranschaulicht ein Beispiel eines mechanischen Leistungsverteilungssystems für einen Mähdrescher mit einem elektronisch gesteuerten Dieselmotor 101. Der Dieselmotor 101 ist durch eine Kupplung und/oder ein Getriebe 105 selektiv an den Antriebsstrang 103 des Mähdreschers koppelbar. Die Kupplung/das Getriebe 105 ist konfiguriert, um steuerbar mechanische Leistung von dem Dieselmotor 101 auf den Antriebsstrang 103 zu übertragen, um die Fahrzeugbewegung des Mähdreschers zu steuern. In einigen Implementierungen ist das Kupplungsgetriebe 105 dazu konfiguriert, den Antriebsstrang 103 und den Dieselmotor 101 steuerbar und selektiv zu koppeln und zu entkoppeln, und ist in einigen Implementierungen dazu konfiguriert, die Menge an mechanischer Leistung, die auf den Antriebsstrang 103 übertragen wird, steuerbar zu regeln, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Mähdreschers zu regeln.
In ähnlicher Weise ist in dem Beispiel von 1 der Dieselmotor 101 auch durch eine andere Kupplung/Getriebe 109 selektiv und steuerbar an einen Mähdrescher-Abscheider 107 koppelbar. Die Kupplung/das Getriebe 109 ist konfiguriert, um die mechanische Leistung des Dieselmotors 101 auf den Mähdrescher-Abscheider 107 steuerbar zu übertragen, um den Mähdrescher-Abscheider 107 zu betreiben. In einigen Implementierungen ist die Kupplung/das Getriebe 109 konfiguriert, um den Mähdrescher-Abscheider 107 und den Dieselmotor 101 steuerbar und selektiv zu koppeln und zu entkoppeln, und ist in einigen Implementierungen konfiguriert, um die Menge an mechanischer Leistung, die an den Mähdrescher-Abscheider 107 übertragen wird, steuerbar zu regeln, um die Betriebsgeschwindigkeit des Mähdrescher-Abscheiders 107 zu regeln. In einigen Implementierungen ist der Dieselmotor 101 zusätzlich zu oder anstelle von dem Mähdrescher-Abscheider 109 durch eine steuerbare Kupplung/Getriebe 113 auch mechanisch mit anderen mechanischen Systemkomponenten 111 gekoppelt.
Der Betrieb des Dieselmotors 101 wird durch Steuereingangssignale gesteuert, die von einer elektronischen Steuerung empfangen werden (wie weiter unten erörtert). Steuervariablen, die beispielsweise die Kraftstoffeinspritzmenge und den Zeitpunkt beinhalten, können steuerbar eingestellt werden, um Leistungsvariablen wie etwa die Motordrehzahl und das Motordrehmoment zu ändern. In dem Beispiel von 1 stellt ein Kraftstoff-/Einspritzsteuersystem 115 eine Steuersignaleingabe an den Dieselmotor 101 bereit, um den Betrieb des Dieselmotors 101 zu regulieren.
2 veranschaulicht ein Beispiel eines rückkopplungsbasierten Mechanismus zum Steuern des Dieselmotors 101. Eine PID-Steuerung 201 (d. h. eine Steuerung für proportionale integrale Ableitung) ist eine Rückkopplungssteuerung, die dazu konfiguriert ist, eine Steuersignalausgabe auf Grundlage von überwachten Differenzen zwischen einem erfassten Istwert einer Leistungsvariablen und einem Sollwert der Leistungsvariablen einzustellen, um zu bewirken, dass sich der Istwert der Leistungsvariablen dem Sollwert nähert. In dem Beispiel von 2 empfängt die PID-Steuerung 201 als Eingabe einen Motordrehzahl-Sollwert 203 und einen erfassten Motordrehzahl-Istwert 205 und regelt und justiert auf Grundlage dieser Eingabewerte ein Ausgangssignal, das einen Kraftstoffzufuhr-/Drehmomentbefehl 207 angibt, der als Steuereingang für den Dieselmotor 101 bereitgestellt wird, der eine Änderung des Istwerts der Motordrehzahl 205 bewirken kann.
Der Rückkopplungsmechanismus aus 2 arbeitet weiterhin als ein Rückkopplungsregelkreis, sodass eine Änderung des Motordrehzahl-Istwertwerts 205 (z. B. resultierend aus einer Änderung des Kraftstoffzufuhr-/Drehmomentbefehls) zu einer Änderung der Eingaben in die PID-Steuerung 201 führt, die wiederum die PID-Steuerung 201 veranlasst, den Kraftstoffzufuhr-/Drehmomentbefehl 207 weiter anzupassen, bis der Motordrehzahl-Istwert 205 den Motordrehzahl-Sollwert 203 erreicht.
Die mechanische Belastung des Dieselmotors 101 ändert sich beispielsweise, wenn mechanische Systeme/Komponenten ein- oder ausgerückt werden und wenn sich die Betriebsbedingungen ändern (z. B. wenn sich der Mähdrescher von einem Betrieb auf einer ebenen Fläche zu einem Betrieb auf einer Schräge bewegt). Wenn nicht auch die Steuergrößen für den Dieselmotor 101 geändert werden, führt eine erhöhte mechanische Belastung zu einer entsprechenden Verringerung der Motordrehzahl des Dieselmotors 101 und umgekehrt führt eine verringerte mechanische Belastung zu einer entsprechenden Erhöhung der Motordrehzahl des Dieselmotors 101.
3 veranschaulicht ein Beispiel (Linie 303), in dem eine erhöhte mechanische Belastung auf den Dieselmotor 101 von 1 (zum Zeitpunkt = 20,0 s) angewendet wird. Die erhöhte mechanische Belastung bewirkt, dass die Motordrehzahl wesentlich abnimmt. Wie in 2 dargestellt, wird der Motordrehzahl-Istwert 205 als Eingabe für die PID-Steuerung 201 bereitgestellt, und wenn der Motordrehzahl-Istwert 205 aufgrund der erhöhten mechanischen Belastung abnimmt, passt die PID-Steuerung 201 das Kraftstoffzufuhr/Drehmoment-Befehlssignal 207 für den Dieselmotor 101 allmählich an, was bewirkt, dass die Motordrehzahl allmählich auf den Motordrehzahl-Sollwert 203 (d. h. etwa 1400 U/MIN im Beispiel von 3) ansteigt.
Ohne Abschwächung wirkt sich eine Änderung der Motordrehzahl aufgrund der Änderung der mechanischen Belastung auch auf die Leistung anderer Systeme/Komponenten aus, die mechanische Betriebsleistung von dem Dieselmotor 101 erhalten. Wenn zum Beispiel der Mähdrescher-Abscheider 107 durch die Kupplung/das Getriebe 109 eingerückt ist, wird die tatsächliche Motordrehzahl des Dieselmotors 101 verringert. Da der Dieselmotor 101 gleichzeitig auch mechanische Leistung an den Antriebsstrang 103 des Mähdreschers bereitstellt, kann sich die Fahrzeugbewegung des Mähdreschers infolge des plötzlichen Rückgangs der Motordrehzahl aufgrund des Eingriffs des Mähdrescher-Abscheiders 107 plötzlich ändern (z. B. „Ruckeln“).
4 zeigt ein Verfahren zum Abschwächen des Effekts von Änderungen der mechanischen Belastung auf die Motordrehzahl durch Anwenden eines Vorsteuerungsmechanismus mit einer Signalverzögerung, um zu bewirken, dass der Motor in Erwartung einer Änderung der mechanischen Belastung (d. h. „Lastvorhersage“) betrieben wird. In dem Beispiel von 4 empfängt eine PID-Rückkopplungssteuerung 401 als Eingaben einen Motordrehzahl-Sollwert 403 und einen Motordrehzahl-Istwert 405 und gibt einen Rückkopplungssteuerungs-Drehmomentbefehl aus, der bewirkt, dass sich der Motordrehzahl-Istwert 405 dem Motordrehzahl-Sollwert 403 annähert. In einigen Implementierungen ist der Rückkopplungssteuerungs-Drehmomentbefehl ein Steuersignal, das konfiguriert ist, um eine oder mehrere Steuervariablen des Dieselmotors 101 einzustellen oder zu betreiben, um das Motordrehmoment zu beeinflussen. Beispielsweise ist der Rückkopplungssteuerungs-Drehmomentbefehl in einigen Implementierungen eine Angabe eines numerischen Werts einer Drehmomentausgabe, die durch den Dieselmotor 101 erreicht werden soll.
Jedoch wird im Gegensatz zu dem Beispiel von 2 der Rückkopplungssteuerungs-Drehmomentbefehl407 mit einem Vorsteuerungsregelungs-Drehmomentbefehl von einer Vorsteuerungsregelung 409 summiert, bevor der Betrieb des Dieselmotors 101 auf Grundlage des Rückkopplungssteuerungs-Drehmomentbefehls eingestellt wird. Die Vorsteuerungsregelung 409 ist konfiguriert, um zu erkennen oder zu antizipieren, wenn ein Ereignis bevorsteht, das eine Änderung der mechanischen Belastung des Dieselmotors 101 verursacht - zum Beispiel, wann ein Prozess eingeleitet wird, der dazu führt, dass der Mähdrescher-Abscheider 107 eingerückt oder ausgerückt wird. In einigen Implementierungen wird das Einrücken und/oder der Betrieb der verschiedenen Kupplungen/Getriebe 105, 109, 113 durch eine elektronische Systemsteuerung gesteuert, und daher ist die elektronische Steuerung in der Lage, im Voraus zu bestimmen, wann die mechanisches Belastung auf den Dieselmotor 101 aufgebracht werden soll. Alternativ oder zusätzlich kann das System in einigen Implementierungen auch einen oder mehrere Sensoren beinhalten, die konfiguriert sind, um Informationen zu erkennen, die auf eine bevorstehende Änderung der mechanischen Belastung hinweisen. Außerdem kann das System in einigen Implementierungen konfiguriert sein, um eine anfängliche Änderung der Motordrehzahl zu erkennen und als Reaktion auf die anfängliche Änderung der Motordrehzahl das Ausmaß und den Zeitpunkt der zu erwartenden mechanischen Belastung zu bestimmen.
5 veranschaulicht ein Beispiel des Vorsteuerungsregelungs-Drehmomentbefehls, der von der Vorsteuerungsregelung 409 angewendet werden kann, wenn eine bevorstehende Änderung der mechanischen Belastung erkannt wird. In einigen Implementierungen wird der Vorsteuerungsregelungs-Drehmomentbefehl als eine Stufeneingangsfunktion angewendet, die, wenn sie mit dem Rückkopplungssteuerungs-Drehmomentbefehl summiert wird, den gesamten Steuerungs-Drehmomentbefehl um einen bestimmten Betrag kompensiert, der der erwarteten Belastung entspricht. Beispielsweise erwartet die Vorsteuerungsregelung 409 in 5, dass eine Drehmomenteinstellung von etwa 2000 Nm erforderlich ist, um den aktuellen Motordrehzahl-Sollwert beizubehalten, wenn die erwartete Belastung auf den Dieselmotor 101 angewendet wird. Dementsprechend wird der Vorsteuerungsregelungs-Drehmomentbefehl 501 zu oder um den erwarteten Zeitpunkt der mechanischen Laständerung (d. h. Zeit = 10 s in 5) von 0 Nm auf 2000 Nm erhöht. Wenn der Vorsteuerungsregelungs-Drehmomentbefehl und der Rückkopplungssteuerungs-Drehmomentbefehl (bei Schritt 407 in 4) vor dem erwarteten Zeitpunkt der mechanischen Laständerung summiert werden, ist der Vorsteuerungsregelungs-Drehmomentbefehl gleich 0 Nm und der Gesamtdrehmomentbefehl bleibt gleich der Ausgabe der PID-Rückkopplungssteuerung 401. Nach dem voraussichtlichen Zeitpunkt der mechanischen Laständerung kompensiert die Summierung 407 des Vorsteuerungsregelungs-Drehmomentbefehls und des Rückkopplungssteuerungs-Drehmomentbefehl jedoch die Ausgabe der PID-Rückkopplungssteuerung 401 um 2000 Nm.
In einigen Implementierungen ist die Vorsteuerungsregelung 409 konfiguriert, um einen Versatz des Steuerungs-Drehmomentbefehls mithilfe einer Stufeneingabefunktion bereitzustellen (wie durch Fig. 501 veranschaulicht). In einigen Implementierungen wird dieser Versatz dann nach Ablauf eines definierten Zeitraums oder wenn die Differenz zwischen dem Motordrehzahl-Istwert 405 und dem Motordrehzahl-Sollwert 403 unter einen Schwellenwert fällt, wieder auf Null reduziert. In anderen Implementierungen wird der Wert des Vorsteuerungsregelungs-Drehmomentbefehls auf Grundlage einer Rückmeldung von einem oder mehreren Motorsensoren allmählich reduziert. Beispielsweise kann die Vorsteuerungsregelung 409 in einigen Implementierungen dazu konfiguriert sein, eine Differenz zwischen dem Motordrehzahl-Istwert 405 und dem Motordrehzahl-Sollwert 403 zu überwachen und den Vorsteuerungsregelungs-Drehmomentbefehl proportional zu reduzieren, wenn die Differenz zwischen dem Motordrehzahl-Istwert 405 und dem Motordrehzahl-Sollwert 403 abnimmt.
Wie in dem Beispiel von 5 durch die Linie 503 veranschaulicht, ist die Vorsteuerungsregelung 409 jedoch in einigen Implementierungen konfiguriert, um einen Vorsteuerungsregelungs-Drehmomentbefehl auszugeben, der bei einer Größe beginnt, wie sie durch eine Stufeneingabe definiert ist (z. B. beginnend bei 2000 Nm), und der im Laufe der Zeit gemäß einer vordefinierten Abklingfunktion allmählich abnimmt. Dementsprechend ist der Wert des Vorsteuerungsregelungs-Drehmomentbefehls, der von der Vorsteuerungsregelung 409 ausgegeben wird, nur von der Zeit abhängig, die verstrichen ist, seit der Signalversatz eingeleitet wurde, sobald ein Vorsteuerungsregelungsversatz als Reaktion auf eine erwartete Laständerung eingeleitet wird.
In einigen Implementierungen ist sowohl die Form als auch die anfängliche Größe der vordefinierten Abklingfunktion, die von der Vorsteuerungsregelung 409 verwendet wird, für alle Laständerungsereignisse gleich. In anderen Implementierungen wird die Form der vordefinierten Abklingfunktion auf verschiedene unterschiedliche Drehmomentgrößen und Zeitdauern auf Grundlage der spezifischen Art der erwarteten Laständerung skaliert. In noch weiteren Implementierungen ist die Vorsteuerungsregelung 409 dazu konfiguriert, eine Vielzahl von unterschiedlichen vordefinierten Abklingfunktionen zu speichern, die jeweils einer unterschiedlichen Art von erwartetem Belastungsereignis entsprechen. Beispielsweise kann die Vorsteuerungsregelung 409 konfiguriert sein, um auf eine erste vordefinierte Abklingfunktion als Reaktion auf das Bestimmen, dass der Mähdrescher-Abscheider 107 im Begriff ist, in Eingriff genommen zu werden, zuzugreifen und diese anzuwenden, und um auf eine zweite vordefinierte Abklingfunktion als Reaktion auf das Bestimmen, dass eine andere mechanische Komponente im Begriff ist, in Eingriff genommen zu werden zuzugreifen und diese anzuwenden.
Zurück zum Beispiel von 4, nachdem die Ausgabe der PID-Rückkopplungssteuerung 401 und die Ausgabe des Vorsteuerungsreglers 409 summiert wurden (bei 407), wird eine Drehmomentbegrenzungsfunktion 411 als ein Sicherheitsmechanismus angewendet. Beispielsweise ist die Drehmomentbegrenzungsfunktion 411 in einigen Implementierungen dazu konfiguriert, zu verhindern, dass der Gesamtausgangsdrehmomentbefehl einen maximalen Drehmomentschwellenwert überschreitet, indem der GesamtausgangsDrehmomentbefehl auf einen definierten Maximalwert reduziert wird, wenn die kombinierte Summe des Rückkopplungsbefehls und des Vorsteuerungsbefehls einen Schwellenwert überschreitet. In ähnlicher Weise kann die Drehmomentbegrenzungsfunktion 411 in einigen Implementierungen konfiguriert sein, um eine Änderungsrate des Drehmomentbefehls zu regulieren, um plötzliche Zunahmen/Abnahmen des Drehmomentbefehls zu verhindern, die definierte Grenzen für den Dieselmotor 101 überschreiten könnten.
Nachdem die Drehmomentbegrenzungsfunktion 411 angewendet wurde, wird der Dieselmotor 101 (d. h. die Motoranlage 415) auf Grundlage des summierten Drehmomentbefehls (d. h. des Gesamtdrehmomentbefehls) betrieben. Beispielsweise ist die elektronische Steuerung in einigen Implementierungen konfiguriert, um einen Satz von Motorsteuerwerten (z. B. Kraftstoffeinspritzmenge, Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, Zündzeitpunkt, Ventilzeitpunkt usw.) zu identifizieren, die dem Gesamtdrehmomentbefehl entsprechen, und um ein oder mehrere Ausgangssignale zu erzeugen, um den identifizierten Satz von Motorsteuerwerten auf den Dieselmotor 101 anzuwenden. Die Dieselmotoranlage 413 arbeitet gemäß dem identifizierten Satz von Motorsteuerwerten und erzeugt eine Motordrehmomentausgabe, die dem Gesamtdrehmomentbefehl entspricht. Das von der Motoranlage 413 erzeugte Drehmoment wird von den verschiedenen mechanischen Komponenten/Systemen, die gekoppelt sind, „verbraucht“, um ihre Betriebsleistung aus der Motoranlage 413 zu beziehen.
Wenn das verbrauchte Drehmoment 415 das von der Motoranlage 413 erzeugte Gesamtdrehmoment übersteigt, dann steigt die Differenz zwischen dem Motordrehzahl-Istwert 405 und dem Motordrehzahl-Sollwert 403, wenn der Motordrehzahl-Istwert 405 abnimmt. Wenn in ähnlicher Weise das von der Motoranlage 413 erzeugte Gesamtdrehmoment das verbrauchte Drehmoment 415 übersteigt, dann erhöht sich auch die Differenz zwischen dem Motordrehzahl-Istwertwert und dem Motordrehzahl-Sollwert, jedoch mit dem Motordrehzahl-Istwert 405, der zunehmend den Motordrehzahl-Sollwert 403 übersteigt. Wenn jedoch das verbrauchte Drehmoment 415 mit dem Gesamtdrehmoment übereinstimmt, das von der Motoranlage 413 erzeugt wird, dann nähert sich der Motordrehzahl-Istwert 405 in ähnlicher Weise dem Motordrehzahl-Sollwert 403.
6 veranschaulicht eine Vielzahl von verschiedenen Vorsteuerungsregelungs-Drehmomentbefehlswerten, die in Erwartung eines mechanischen Belastungsereignisses angewendet werden können. Linie 601 ist ein Bremsdrehmoment-Modelleingang. Linie 603 ist der Befehlsversatz, der ohne eine Vorsteuerungsregelung angewendet wird (d. h. der Versatz bleibt null). Linie 605 ist der Schritteingangswert des „idealen“ Vorsteuerungsregelungsversatzes. Linie 607 ist der ideale Vorsteuerungsregelungsversatz mit einer Abklingfunktion. Linie 609 ist ein Beispiel für einen Schritteingangswert für einen Vorsteuerungsregelungsversatz, der geringfügig geringer ist als der „ideale“ Versatz von Linie 605. Und zuletzt ist Linie 611 ist der beispielhafte Vorsteuerungsregelungsversatz mit einer Abklingfunktion.
Die Motordrehzahlwerte, die jeder dieser Vorsteuerungsregelungsversatzstrategien entsprechen, sind in 3 dargestellt. Wie vorstehend erörtert, stellt die Linie 301 den Motordrehzahl-Solwert dar und die Linie 303 stellt den Motordrehzahl-Istwert nach einem mechanischen Belastungsereignis dar, wenn der Motor nur mit der Rückkopplungssteuerung 401 und ohne Versatz von der Vorsteuerungsregelung 409 gesteuert wird. Ohne Vorsteuerungsversatz sinkt der Motordrehzahl-Istwert von 1400 U/MIN auf weniger als 1250 U/MIN, bevor er allmählich wieder auf den Motordrehzahl-Sollwert von 1400 U/MIN ansteigt. Der „ideale“ Vorsteuerungsregelungsversatz (dargestellt durch die Linie 305) würde dazu führen, dass der Motordrehzahl-Istwert nur geringfügig von dem Motordrehzahl-Sollwert von 1400 U/MIN abweicht.
In dem durch die Linie 307 veranschaulichten Vorsteuerungsregelungsmechanismus bewirkt der Vorsteuerungsreglungs-Drehmomentbefehlversatz, dass der Motordrehzahl-Istwert über den Motordrehzahl-Sollwert von 1400 U/MIN ansteigt, bevor das mechanische Belastungsereignis eintritt. Wenn das mechanische Belastungsereignis eintritt, fällt der Motordrehzahl-Istwert unter den Motordrehzahl-Sollwert von 1400 U/MIN, aber nicht annähernd bis zum Motordrehzahl-Istwert ohne den Vorsteuerungsversatz (d. h. das Beispiel der Linie 303) und ist in der Lage, sich zu erholen, um sich dem Motordrehzahl-Sollwert von 1400 U/MIN in viel kürzerer Zeit anzunähern.
Die 7 und 8 veranschaulichen, wie die Motordrehzahlleistung durch den Zeitpunkt beeinflusst werden kann, zu dem der Vorsteuerungsregelungsversatz eingeleitet wird (d. h. die „Zeitpunktempfindlichkeit“). In 7 veranschaulicht die Linie 701 den Motordrehzahl-Sollwert (d. h. 1400 U/MIN) und die Linie 703 veranschaulicht den Motordrehzahl-Istwert, wenn kein Vorsteuerungsregelungsversatz angewendet wird (d. h. Betrieb nur mit Rückkopplungssteuerung). Linie 705 veranschaulicht den Motordrehzahl-Istwert, wenn der Vorsteuerungsversatz 0,05 Sekunden nach dem Zeitpunkt des mechanischen Belastungsereignisses angewendet wird. Linie 707 veranschaulicht den Motordrehzahl-Istwert, wenn der Vorsteuerungsversatz 0,025 Sekunden nach dem Zeitpunkt des mechanischen Belastungsereignisses angewendet wird. Linie 711 veranschaulicht den Motordrehzahl-Istwert, wenn der Vorsteuerungsversatz genau zur gleichen Zeit wie das mechanische Belastungsereignis angewendet wird. Linie 713 veranschaulicht den Motordrehzahl-Istwert, wenn der Vorsteuerungsversatz 0,025 Sekunden vor dem mechanischen Belastungsereignis angewendet wird. Linie 715 veranschaulicht den Motordrehzahl-Istwert, wenn der Vorsteuerungsversatz 0,05 Sekunden vor dem mechanischen Belastungsereignis angewendet wird.
8 veranschaulicht die Größe und den Zeitpunkt jedes Vorsteuerungsversatzes, der den Beispielen von 7 entspricht. Linie 801 ist eine Bremsdrehmomentmodelleingabe und Linie 803 stellt den Betrieb ohne Vorsteuerungsversatz dar (d. h. ein Vorsteuerungsversatz ist gleich Null). Linie 805 ist das Vorsteuerungsregelungsversatzsignal, das 0,05 Sekunden nach dem mechanischen Belastungsereignis angewandt wird und dem Beispiel der Linie 705 in 7 entspricht. Linie 807 ist das Vorsteuerungsregelungsversatzsignal, das 0,025 Sekunden nach dem mechanischen Belastungsereignis angewandt wird und dem Beispiel der Linie 707 in 7 entspricht. Linie 809 ist das Vorsteuerungsregelungsversatzsignal, das genau zur gleichen Zeit wie das mechanische Belastungsereignis angewandt wird und dem Beispiel der Linie 711 in 7 entspricht. Linie 811 ist das Vorsteuerungsregelungsversatzsignal, das 0,025 Sekunden vor dem mechanischen Belastungsereignis angewandt wird und dem Beispiel der Linie 713 in 7 entspricht. Und zuletzt, Linie 813 ist das Vorsteuerungsregelungsversatzsignal, das 0,05 Sekunden vor dem mechanischen Belastungsereignis angewandt wird und dem Beispiel der Linie 715 in 7 entspricht.
8 veranschaulicht, dass, obwohl der Zeitpunkt, zu dem der Versatz angewendet wird, in diesen Beispielen variiert wird, die Stufeneingangsgröße jedes Vorsteuerungsversatzes 821 gleich ist. Gleichermaßen folgt jeder angewandte Versatz der gleichen vordefinierten Abklingfunktion 823, die dementsprechend nur um den Zeitpunkt versetzt ist, zu dem jeder Vorsteuerungsversatz eingeleitet wurde. Wie in 7 veranschaulicht, hat jedoch der Zeitpunkt des Vorsteuerungsversatzes relativ zum Zeitpunkt des mechanischen Belastungsereignisses einen spürbaren Einfluss auf die Motordrehzahlleistung. Wenn der Vorsteuerungsversatz 0,05 Sekunden nach dem mechanischen Belastungsereignis angewendet wird, ist die Motordrehzahlleistung (Linie 705) der Motordrehzahlleistung ohne Vorsteuerungsversatz (Linie 703) ziemlich ähnlich. Wenn der Vorsteuerungsregelungsversatz jedoch nur 0,025 Sekunden früher angewendet wird, sinkt die Motordrehzahl (Linie 707) nicht so weit ab und sie kehrt viel schneller auf den Motordrehzahl-Sollwert zurück. Umgekehrt, wenn der Vorsteuerungsregelungsversatz zu früh angewendet wird (z. B. bei 0,05 Sekunden vor dem mechanischen Belastungsereignis, wie durch die Linie 715 veranschaulicht), steigt der Motordrehzahlwert erheblich an, und zum Kompensieren bewirkt der Rückkopplungssteuerungsmechanismus, dass die Motordrehzahl auch unter den Motordrehzahl-Sollwert fällt, bevor der Motordrehzahl-Istwert auf den Motordrehzahl-Sollwert zurückkehrt. Trotz des vorübergehenden Anstiegs der Motordrehzahl kehrt der Motordrehzahl-Istwert jedoch schneller auf den Motordrehzahl-Sollwert zurück, als wenn der Vorsteuerungsversatz nach dem mechanischen Belastungsereignis (d. h. Linien 705 und 707) angewendet wird. Wie durch die Linie 713 veranschaulicht, wird die Motordrehzahl, wenn der Vorsteuerungsversatz vor dem Belastungsereignis angewendet wird, aber näher an dem Auftreten des Belastungsereignisses, immer noch vorübergehend über den Motordrehzahl-Sollwert ansteigen, aber die Abweichungen über und unter den Motordrehzahl-Sollwert sind merklich geringer als wenn der gleiche Vorsteuerungsversatz noch etwas früher angewendet wird. Wie durch die Linie 711 veranschaulicht, zeigt die Motordrehzahlleistung die konstanteste Leistung, wenn der Vorsteuerungsversatz genau zur gleichen Zeit wie das mechanische Belastungsereignis angewendet wird, da es keine spürbare Aufwärtsabweichung der Motordrehzahl um den Motordrehzahl-Sollwert gibt, die Größe der maximalen Motordrehzahl abnimmt, nachdem das mechanische Belastungsereignis durch den Vorsteuerungsversatz verringert wurde, und der Motordrehzahl-Istwert schneller auf den Motordrehzahl-Sollwert zurückkehrt.
9 und 10 veranschaulichen, wie die Motordrehzahlleistung durch die relative Größe des Vorsteuerungsversatzes beeinflusst wird. Linie 901 stellt den Motordrehzahl-Sollwert (d. h. 1400 U/min) dar und Linie 903 veranschaulicht die Änderung des Motordrehzahl-Istwerts, wenn kein Vorsteuerungsversatz angewendet wird und der Motor nur auf Grundlage einer Rückkopplung betrieben wird. Linie 905 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die Größe des Vorsteuerungsversatzes 150 % der durch das mechanische Belastungsereignis angelegten Last beträgt. Linie 907 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die Größe des Vorsteuerungsversatzes 125 % der durch das mechanische Belastungsereignis angelegten Last beträgt. Linie 909 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die Größe des Vorsteuerungsversatzes 100 % der durch das mechanische Belastungsereignis angelegten Last beträgt. Linie 911 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die Größe des Vorsteuerungsversatzes 75 % der durch das mechanische Belastungsereignis angelegten Last beträgt. Und zuletzt veranschaulicht Linie 913 ein Beispiel, bei dem die Größe des Vorsteuerungsversatzes 50 % der durch das mechanische Belastungsereignis angelegten Last beträgt.
10 veranschaulicht die Größe und den Zeitpunkt des Vorsteuerungsversatzes, der in jedem der Beispiele von 9 angewendet wird. Linie 1001 stellt ein modelliertes Drehmoment des mechanischen Belastungsereignisses dar (d. h. eine Bremsdrehmomentmodelleingabe) und die Linie 1003 veranschaulicht den Vorsteuerungsversatz, der angewendet wird, wenn der Motor nur auf Grundlage der Rückkopplungssteuerung 401 betrieben wird (d. h. keine Vorsteuerungsregelung 409). Linie 1005 ist die Stufeneingabe und Linie 1007 ist die Abklingfunktion für einen Vorsteuerungsversatz, der 150 % der durch das mechanische Belastungsereignis angelegten Last entspricht (entspricht dem Beispiel der Linie 905 in 9). Linie 1009 ist die Stufeneingabe und Linie 1011 ist die Abklingfunktion für einen Vorsteuerungsversatz, der 125 % der durch das mechanische Belastungsereignis angelegten Last entspricht (entspricht dem Beispiel der Linie 907 in 9). Linie 1013 ist die Stufeneingabe und Linie 1015 ist die Abklingfunktion für einen Vorsteuerungsversatz, der 100 % der durch das mechanische Belastungsereignis angelegten Last entspricht (entspricht dem Beispiel der Linie 909 in 9). Linie 1015 ist die Stufeneingabe und Linie 1017 ist die Abklingfunktion für einen Vorsteuerungsversatz, der 75 % der durch das mechanische Belastungsereignis angelegten Last entspricht (entspricht dem Beispiel der Linie 911 in 9). Und zuletzt ist Linie 1021 die Stufeneingabe und Linie 1023 die Abklingfunktion für einen Vorsteuerungsversatz, der 50 % der durch das mechanische Belastungsereignis angelegten Last entspricht (entspricht dem Beispiel der Linie 913 in 9). Wie in 10 dargestellt, wird der Vorsteuerungsversatz in jedem der in 9 dargestellten Beispiele genau zur gleichen Zeit wie das mechanische Belastungsereignis angewendet.
Wie durch die Beispiele in den 7 bis 10 veranschaulicht, kann die Motordrehzahlleistung verbessert werden, indem ein Vorsteuerungsversatz auf den Drehmomentbedarf zum oder etwa um den gleichen Zeitpunkt eines mechanischen Belastungsereignisses angewendet wird, wodurch sich die mechanische Belastung (und dementsprechend das erforderliche Drehmoment) für den Dieselmotor ändert. Die Motorleistung kann weiter verbessert werden, indem der Vorsteuerungsversatz auf Grundlage des erwarteten Zeitpunkts des mechanischen Belastungsereignisses und der erwarteten Größe der Änderung der mechanischen Belastung eingestellt wird. In einigen Implementierungen ist die Vorsteuerungsregelung 409 so konfiguriert, dass sie ein Vorsteuerungsregelungsversatzsignal anwendet, das innerhalb von +/- 50 ms nach dem Zeitpunkt des erwarteten Belastungsereignisses und mit einer Versatzgröße eingeleitet wird, die innerhalb von +/- 30 % der Größe der Änderung der mechanischen Belastung aufgrund des erwarteten Belastungsereignisses liegt.
In verschiedenen Implementierungen können die oben beschriebenen Systeme und Verfahren durch ein elektronisches Steuersystem für einen Dieselmotor implementiert werden. 11 veranschaulicht ein Beispiel für ein elektronisches Steuersystem, das konfiguriert ist, um diese Verfahren zu implementieren. Eine Steuerung 1101 beinhaltet einen elektronischen Prozessor 1103 und einen nichtflüchtigen, computerlesbaren Speicher 1105. Der Speicher 1105 speichert Daten (z. B. Definieren der Form/Größe der vordefinierten Abklingfunktion(en), der Kriterien zum Antizipieren einer mechanischen Belastung usw.) und computerausführbare Anweisungen, auf die die elektronische Steuerung 1103 zugreift und die sie ausführt, um die Funktionalität der Steuerung 1101 bereitzustellen (einschließlich der hierin beschriebenen Funktionalität). Die Steuerung 1101 ist kommunikativ mit einem oder mehreren Motorsteuerungsstellgliedern 1107 gekoppelt, einschließlich zum Beispiel einem Kraftstoffeinspritzsystem, einem Ventilsteuersystem, einem Funken-/Zündungssteuersystem, und ist konfiguriert, um Steuersignale an diese Stellglieder zu übertragen, um den Betrieb des Dieselmotors 101 zu steuern (1). Die Steuerung 1101 ist auch kommunikativ an die Kupplungen/Getriebe 1109 gekoppelt, die den Dieselmotor 101 steuerbar an die verschiedenen unterschiedlichen mechanischen Systeme und Komponenten koppeln, die mechanische Betriebsleistung von dem Dieselmotor 101 beziehen. Die Steuerung 1101 ist auch kommunikativ mit einem oder mehreren Motorsensoren gekoppelt, die Signale an die Steuerung 1101 übertragen, die den aktuellen Betrieb des Dieselmotors (z. B. Betriebsvariablen) angeben. In dem Beispiel aus 11 ist die Steuerung 1101 kommunikativ an einen Motordrehzahlsensor 1111 gekoppelt und konfiguriert, um ein Signal von dem Motordrehzahlsensor 1111 zu empfangen, das den Motordrehzahl-Istwert für den Dieselmotor 101 angibt. Und zuletzt, die Steuerung 1101 ist kommunikativ mit einer Benutzerschnittstelle 1113 gekoppelt, die konfiguriert ist, um dem Benutzer Informationen über den Betrieb der Maschine anzuzeigen und in einigen Implementierungen Befehleingaben von dem Benutzer zu empfangen. Beispielsweise kann die Steuerung 1101 in dem Beispiel aus 11 konfiguriert sein, um eine Eingabe von einem Benutzer über die Benutzerschnittstelle 1113 zu empfangen, die den Betrieb des Mähdrescher-Abscheiders 107 einleitet. Als Reaktion darauf kann die Steuerung 1101 konfiguriert sein, um ein Signal an die Kupplung/das Getriebe 109 zu übertragen, um den Mähdrescher-Abscheider 107 mit dem Dieselmotor 101 in Eingriff zu bringen und den Vorsteuerungsregelungs-Drehmomentbefehlsversatz einzuleiten (wie in den obigen Beispielen erörtert).
12 veranschaulicht ein Beispiel eines Verfahrens, das von der Steuerung 1101 aus 11 angewendet wird, um den Vorsteuerungsregelungs-Drehmomentbefehlsversatz anzuwenden, wie in den obigen Beispielen erörtert. Die Steuerung 1101 betreibt das System ohne die Vorsteuerungseinstellung (Schritt 1201) mithilfe von nur der Motordrehzahlfehler-basierten Rückkopplungssteuerung, bis die Steuerung Bedingungen erkennt, die auf ein erwartetes Belastungsereignis hinweisen (Schritt 1203). Wie vorstehend erörtert, kann ein erwartetes Belastungsereignis durch die Steuerung 1101 erfasst werden, beispielsweise als Reaktion auf das Empfangen einer Anweisung, mit dem Betrieb einer mechanischen Komponente/eines Systems (z. B. des Mähdrescher-Abscheiders) zu beginnen, als Reaktion auf das Erfassen von Änderungen der Motordrehzahl und/oder als Reaktion auf andere Sensoreingaben, die auf eine bevorstehende Änderung der mechanischen Belastung hinweisen. Wenn ein erwartetes Belastungsereignis durch die Steuerung 1101 erkannt wird, bestimmt die Steuerung 1101 den geeigneten Vorsteuerungsversatz (Schritt 1205). Beispielsweise kann die Steuerung 1101 konfiguriert sein, um als Reaktion auf das Erkennen des erwarteten Belastungsereignisses auf eine Vorsteuerungsversatz- und Abklingfunktion von dem Speicher 1105 zuzugreifen. Darüber hinaus kann die Steuerung 1101 in einigen Implementierungen, in denen die Steuerung 1101 konfiguriert ist, um mehrere verschiedene Arten von erwarteten Belastungsereignissen zu erkennen, konfiguriert sein, um auf eine bestimmte Vorsteuerungsregelungsversatzfunktion von einer Vielzahl von Vorsteuerungsregelungsversatzfunktionen zuzugreifen, die in dem Speicher 1105 gespeichert sind (z. B. mithilfe von Informationen aus einer Nachschlagetabelle).
Die Steuerung 1101 wendet dann den Vorsteuerungsversatz auf den Motor an (Schritt 1207), wie oben unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Die Größe der Anpassung wird im Laufe der Zeit allmählich reduziert (z. B. wie durch die vordefinierte Abklingfunktion definiert) (Schritt 1209), bis die Größe der Vorsteuerungsanpassung Null erreicht (Schritt 1211) und der Betrieb des Dieselmotors wieder vollständig durch die Motordrehzahlbasierte Rückkopplungssteuerung gesteuert wird (Schritt 1201).
Die in den obigen Beispielen beschriebenen Systeme und Verfahren sind nur wenige Beispiele verschiedener unterschiedlicher Implementierungen und andere Implementierungen und Konfigurationen sind möglich. Anstatt beispielsweise die Vorsteuerung so zu betreiben, dass sie als Reaktion auf das Erkennen einer erwarteten Laständerung einen Versatz auf den Drehmomentbefehl anwendet, kann das System stattdessen so konfiguriert sein, dass es zusätzlich zu oder anstelle von dem Versatz des Drehmomentbefehls einen Versatz auf einen oder mehrere Motorsteuerwerte anwendet. Obwohl die obigen Beispiele das Anwenden einer Vorsteuerungseinstellung in Erwartung eines Anstiegs der mechanischen Belastung erörtern, kann das System ferner in einigen Implementierungen konfiguriert sein, um einen Vorsteuerungsversatz in Erwartung einer Abnahme der mechanischen Belastung anzuwenden (z. B. durch Anwenden eines negativen Vorsteuerungsversatzes).
Auch können die verschiedenen Funktionskomponenten, die in einigen der obigen Beispiele beschrieben sind, in einer oder mehreren verschiedenen elektronischen Steuerungen oder anderen elektronischen Komponenten implementiert werden. Beispielsweise werden in einigen Implementierungen die PID-Rückkopplungssteuerung 401, der Vorsteuerungsregler 409, die Drehmomentbegrenzungsfunktion 411, die in dem Beispiel aus 4 veranschaulicht ist, alle durch computerausführbare Anweisungen implementiert, die von demselben elektronischen Prozessor ausgeführt werden, während in anderen Implementierungen die PID-Rückkopplungssteuerung 401 und der Vorsteuerungsregler 409 in zwei separaten elektronischen Steuerungen implementiert werden. Gleichermaßen ist die in 11 veranschaulichte Steuerung 1101 in einigen Implementierungen konfiguriert, um Ausgangssignale an ein oder mehrere Motorstellglieder auf Grundlage der Gesamtdrehmomentbefehlsausgabe zu erzeugen, wie durch das Verfahren aus 4 bestimmt. In einigen anderen Implementierungen kann der Dieselmotor 101 jedoch eine eigene dedizierte elektronische Steuerung beinhalten, die so konfiguriert ist, dass sie einen Drehmomentbefehl als Eingabe empfängt und den Betrieb des Dieselmotors durch Betreiben eines oder mehrerer Motorstellglieder auf Grundlage der empfangenen Drehmomentbefehlseingabe reguliert.
Dementsprechend sieht die Erfindung unter anderem Systeme und Verfahren zum Anwenden eines Vorsteuerungsregelungsversatzes für einen Dieselmotor mit einer Signalabklingfunktion in Erwartung einer mechanischen Laständerung vor. Weitere Merkmale und Vorteile sind in den folgenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Dieselmotors mithilfe der Vorsteuerungslastvorhersage, umfassend: Bestimmen einer Differenz zwischen einem Motordrehzahl-Istwert des Dieselmotors und einem Motordrehzahl-Sollwert durch eine elektronische Steuerung; Erzeugen eines Rückkopplungssteuerbefehls durch die elektronische Steuerung basierend auf der bestimmten Differenz; Erfassen einer oder mehrerer Bedingungen durch die elektronische Steuerung, die auf ein erwartetes mechanisches Belastungsereignis hinweisen, das eine mechanische Gesamtlast auf den Dieselmotor ändert; Anwenden eines Vorsteuerungsversatzes auf den Rückkopplungssteuerbefehl durch die elektronische Steuerung gemäß einer Rückkopplungsversatzfunktion, wobei gemäß der Rückkopplungsversatzfunktion eine Größe des Rückkopplungsversatzes über einen Zeitraum verringert wird; und Betreiben des Dieselmotors auf Grundlage des Rückkopplungssteuerbefehls und des Vorsteuerungsversatzes.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Rückkopplungssteuerbefehl eine angeforderte Drehmomentausgabe für den Dieselmotor angibt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Erzeugen des Rückkopplungssteuerbefehls das Verwenden einer PID-Steuerung beinhaltet, um eine angeforderte Drehmomentausgabe zu bestimmen, die bewirkt, dass sich der Motordrehzahl-Istwert dem Motordrehzahl-Sollwert nähert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anwenden des Vorsteuerungsversatzes auf den Rückkopplungssteuerbefehl das Anwenden eines Vorsteuerungsversatzes mit einer Anfangsgröße beinhaltet, die eine erwartete mechanisches Laständerung für das erwartete mechanisches Belastungsereignis anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anwenden des Vorsteuerungsversatzes auf den Rückkopplungssteuerbefehl das Anwenden eines Vorsteuerungsversatzes mit einer Anfangsgröße beinhaltet, die innerhalb von 30 % einer erwarteten mechanischen Laständerung für das erwartete mechanisches Belastungsereignis liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bestimmen eines geschätzten Zeitpunkts eines Beginns des erwarteten mechanischen Belastungsereignisses, und wobei das Anwenden des Vorsteuerungsversatzes auf den Rückkopplungssteuerbefehl das Einleiten des Vorsteuerungsversatzes innerhalb von 50 ms nach dem Beginn des erwarteten mechanischen Belastungsereignisses beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Erzeugen eines Steuersignals an eine Kupplung durch die elektronische Steuerung, wodurch die Kupplung veranlasst wird, ein mechanisches System mit dem Dieselmotor in Eingriff zu bringen, wodurch das mechanische System veranlasst wird, Betriebsleistung von einem Ausgang des Dieselmotors zu beziehen, wobei der Eingriff des mechanischen Systems mit dem Dieselmotor das erwartete mechanische Belastungsereignis ist; und wobei das Erfassen einer oder mehrerer Bedingungen, die auf das erwartete mechanische Belastungsereignis hinweisen, einen Prozess durch die elektronische Steuerung einleitet, um das mechanische System mit dem Dieselmotor in Eingriff zu bringen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das mechanische System ein Abscheider eines Mähdreschers ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Betreiben eines Getriebes durch die elektronische Steuerung, um eine Menge an mechanischer Leistung zu regulieren, die durch den Dieselmotor erzeugt wird, der als Betriebsleistung für ein Antriebsstrangsystem eines Mähdreschers bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen durch die elektronische Steuerung, ob eine Summe des Rückkopplungssteuerbefehls und des Vorsteuerungsversatzes eine maximale Drehmomentausgabebefehlsgrenze überschreitet; Erzeugen eines Drehmomentausgabebefehls gleich der Summe des Rückkopplungssteuerbefehls und des Vorsteuerungsversatzes als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Summe des Rückkopplungssteuerbefehls und des Vorsteuerungsversatzes die maximale Drehmomentausgabebefehlsgrenze nicht überschreitet; und Erzeugen eines Drehmomentausgabebefehls gleich einem definierten maximalen Drehmomentausgabebefehl als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Summe des Rückkopplungssteuerbefehls und des Vorsteuerungsversatzes die maximale Drehmomentausgabebefehlsgrenze überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Erzeugen eines Drehmomentausgabebefehls durch die elektronische Steuerung durch Anwenden eines Glättungsfilters auf eine Summe des Rückkopplungssteuerbefehls und des Vorsteuerungsversatzes.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erwartete mechanische Belastungsereignis die mechanische Gesamtlast auf den Dieselmotor durch Erhöhen der mechanischen Gesamtlast auf den Dieselmotor ändert, und wobei das Anwenden des Vorsteuerungsversatzes auf den Rückkopplungssteuerbefehl das Anwenden eines positiven Vorsteuerungsversatzwertes beinhaltet, um einen Gesamtdrehmomentausgabebefehl für den Dieselmotor zu erzeugen, der größer als ein Wert des Rückkopplungssteuerbefehls ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erwartete mechanische Belastungsereignis die mechanische Gesamtlast auf den Dieselmotor durch Verringern der mechanischen Gesamtlast auf den Dieselmotor ändert, und wobei das Anwenden des Vorsteuerungsversatzes auf den Rückkopplungssteuerbefehl das Anwenden eines negativen Vorsteuerungsversatzwertes beinhaltet, um einen Gesamtdrehmomentausgabebefehl für den Dieselmotor zu erzeugen, der geringer als ein Wert des Rückkopplungssteuerbefehls ist.
System zum Steuern des Betriebs eines Dieselmotors unter Verwendung einer Vorsteuerungslastvorhersage, wobei das System eine elektronische Steuerung umfasst, die konfiguriert ist, um eine Differenz zwischen einem Motordrehzahl-Istwert des Dieselmotors und einem Motordrehzahl-Sollwert zu bestimmen; einen Rückkopplungssteuerbefehl basierend auf der bestimmten Differenz zu erzeugen; eine oder mehrere Bedingungen zu erfassen, die auf ein erwartetes mechanisches Belastungsereignis hinweisen, das eine mechanische Gesamtlast des Dieselmotors verändert; einen Vorsteuerungsversatz auf den Rückkopplungssteuerbefehl gemäß einer Rückkopplungsversatzfunktion anzuwenden, wobei gemäß der Rückkopplungsversatzfunktion eine Größe des Rückkopplungsversatzes über einen Zeitraum verringert wird; und ein oder mehrerer Steuersignale an Stellglieder des Dieselmotors zu erzeugen, wobei das eine oder die mehreren Steuersignale konfiguriert sind, um den Dieselmotor auf Grundlage eines Drehmomentausgabebefehls zu betreiben, der eine Summe des Rückkopplungssteuerbefehls und des Vorsteuerungsversatzes anzeigt.