DE202015005772U1 - Computerprogramm zum Betrieb eines Luftladesystems eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Computerprogramm zum Betrieb eines Luftladesystems eines Verbrennungsmotors Download PDF

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Abstract

Computerprogramm zum Betrieb eines Luftladesystems (195) eines Verbrennungsmotors (110), das einen Programmcode umfasst, der bei Ausführung auf einem Computer folgende Schritte abarbeitet: – Bestimmen eines Werts einer Mehrzahl virtueller Eingänge des Luftladesystems (195), – Berechnen eines Werts einer Mehrzahl von Eingangsparametern des Luftladesystems (195), dabei Anwenden der bestimmten Werte der virtuellen Eingänge auf ein Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetz, das so konfiguriert ist, dass jeder der virtuellen Eingänge in linearer Beziehung mit einem Ausgangsparameter des Luftladesystems (195) und umgekehrt steht, – Verwenden des berechneten Werts jedes der Eingangsparameter zur Bestimmung einer Position eines Aktuators (290, 322, 332, 522) des Luftladesystems (195), – Betätigen jedes Aktuators (290, 322, 332, 522) gemäß der bestimmten Position desselben, wobei der Wert wenigstens eines der virtuellen Eingänge mit folgenden Schritten bestimmt wird: – Bestimmen eines gewünschten Werts eines Eingangsparameters des Luftladesystems (195), – Berechnen des Werts des virtuellen Eingangs und dabei Anwenden des gewünschten Werts des Eingangsparameters und des bestimmten Werts jedes der anderen virtuellen Eingänge auf eine Umkehrfunktion des Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetzes.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Computerprogramm zum Betrieb eines Luftladesystems eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs.
  • STAND DER TECHNIK
  • Es ist bekannt, dass Verbrennungsmotoren mit einem Luftladesystem zur Versorgung der Brennräumen mit Luft ausgerüstet sind. Das Luftladesystem umfasst grundsätzlich ein Ansaugrohr, das Luft von der Umgebung zu einem Einlasskrümmer befördert, der fluidzuleitend mit den Brennräumen verbunden ist. Im Ansaugrohr kann sich ein Einlassventil befinden, das einen Aktuator aufweist, der dazu angeordnet ist, ein Ventilelement zu bewegen, das die Massenflussrate der Luft regelt, und ein Kompressor, der dazu vorgesehen ist, den Luftdruck im Einlasskrümmer zu erhöhen. Der Kompressor kann von einer Turbine angetrieben werden, die durch den Empfang von Abgasen von einem Auslasskrümmer, der fluidzuleitend mit den Brennräumen verbunden ist, in Rotation versetzt wird. Um die Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors zu regeln, kann die Turbine eine Turbine mit variabler Geometrie (VGT) mit einem Aktuator sein, der dazu angeordnet ist, die Winkelstellung der Turbinenflügel zu ändern. Das Luftladesystem kann ferner ein oder mehrere Abgasrückführungsrohre (EGR-Rohre) zur Rückführung eines Teils der Abgase vom Auslasskrümmer zurück in den Einlasskrümmer umfassen. Jedes EGR-Rohr ist grundsätzlich mit einem EGR-Ventil ausgerüstet, das einen Aktuator besitzt, der dazu angeordnet ist, ein Ventilelement zu bewegen, das die Massenflussrate der rückgeführten Abgase regelt.
  • Während des Motorbetriebs werden die Aktuatoren des Luftladesystems, etwa die (der) EGR-Ventil-Aktuator(en), der VGT-Aktuator und der Einlassventilaktuator, dazu verwendet, eine Anzahl wichtiger Ausgangsparameter des Luftladesystems je nach Leistungs- und Emissionserfordernissen zu regeln, beispielsweise den Druck innerhalb des Einlasskrümmers, die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Einlasskrümmers und den Druck innerhalb des Auslasskrümmers.
  • Um diese Funktion auszuführen, werden diese Aktuatoren herkömmlicherweise von einem elektronischen Steuergerät (ECU) nach Maßgabe separater und unkoordinierter Steuerungsstrategien gesteuert, die es jedem einzelnen Aktuator ermöglichen, unabhängig voneinander in jeder gewünschten oder erforderlichen Position betrieben zu werden. Die von den Aktuatoren des Luftladesystems auf die Ausgangsparameter ausgeübten Effekte sind jedoch im allgemeinen von strikter wechselseitiger Abhängigkeit und Wechselwirkungen gekennzeichnet, so dass die separaten und unkoordinierten Steuerungsstrategien von geringer Genauigkeit, insbesondere bei schnellen Übergängen, beeinträchtigt werden können.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht folglich in der Bereitstellung einer Steuerungsstrategie des Luftladesystems, die eine koordinierte und gleichzeitige Einstellung der Aktuator-Positionen ermöglicht, um deren Wechselwirkungen zu kompensieren, die aber auch ermöglicht, einen oder mehrere der Aktuatoren in jeder gewünschten Position zu halten, beispielsweise wenn diagnostische Strategien durchgeführt werden oder bei verschlechterten Arbeitsbedingungen, ohne die Zuverlässigkeit der Steuerungsstrategie für die anderen Aktuatoren zu beeinträchtigen. Ein weiteres Ziel besteht darin, diese Ziele mit einer einfachen, rationalen einigermaßen kostengünstigen Lösung zu erreichen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Dieses und andere Ziele werden durch die Ausführungsbeispiele der Erfindung mit den in den unabhängigen Patentansprüchen dargestellten Merkmalen erreicht. In den abhängigen Patentansprüchen sind sekundäre Aspekte der Erfindung ausgeführt.
  • Insbesondere schafft ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Computerprogramm zum Betrieb eines Luftladesystems eines Verbrennungsmotors, das einen Programmcode umfasst, der, wenn er auf einem Computer abgearbeitet wird, folgende Schritte ausführt:
    • – Bestimmen eines Werts einer Mehrzahl virtueller Eingänge des Luftladesystems,
    • – Berechnen eines Werts einer Mehrzahl von Eingangsparametern des Luftladesystems und damit Anwendung der bestimmten Werte der virtuellen Eingänge auf ein Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetz, das so konfiguriert ist, dass jeder der virtuellen Eingänge in linearer Beziehung mit einem Ausgangsparameter des Luftladesystems und umgekehrt steht,
    • – Verwenden des berechneten Werts jedes Eingangsparameters zur Bestimmung einer Position eines Aktuator des Luftladesystems,
    • – Betätigen jedes Aktuators entsprechend seiner festgestellten Position, wobei der Wert wenigstens eines virtuellen Eingangs in folgenden Schritten bestimmt wird:
    • – Bestimmen eines gewünschten Werts eines Eingangsparameters des Luftladesystems,
    • – Berechnen des Werts des virtuellen Eingangs und dadurch Anwenden des gewünschten Werts des Eingangsparameters und des festgestellten Werts jedes einzelnen der anderen virtuellen Eingänge auf eine Umkehrfunktion des Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetzes.
  • Diese Steuerungsstrategie ermöglicht die Steuerung des Luftladesystems anhand einer Methode der Multi-Input/Multi-Output-(MIMO)-Feedback-Linearisierung, die eine gleichzeitige und koordinierte Steuerung der Aktuatoren zulässt, welche deren Wechselwirkungen kompensiert.
  • Neben der Steuerung des Luftladesystems unter Anwendung dieser Methode der Multi-Input/Multi-Output-(MIMO)-Feedback-Linearisierung ermöglicht die vorgeschlagene Strategie zudem, jeden Aktuator in jeder gewünschten Position zu halten, beispielsweise während der Ausführung einer Diagnostikstrategie oder wenn die Arbeitsbedingungen verschlechtert sind.
  • Dieser Effekt wird im wesentlichen erreicht, indem mit der Umkehrfunktion des Feedback-Linearisierung-Steuerungsgesetzes der Wert des virtuellen Eingangs berechnet wird, der dem gewünschten Wert des Eingangsparameters in Entsprechung zur Position des betreffenden Aktuators entspricht, so dass die Zuverlässigkeit der Feedback-Linearisierungs-Methode für die anderen Aktuatoren im wesentlichen unbeeinträchtigt bleibt.
  • Gemäß einem Aspekt des Computerprogramms kann der gewünschte Wert des Eingangsparameters mit folgenden Schritten bestimmt werden:
    • – Festlegen einer gewünschten Position eines Aktuator des Luftladesystems,
    • – Berechnen des gewünschten Werts des Eingangsparameters als Funktion der gewünschten Position des Aktuators.
  • Dieser Aspekt der Erfindung schafft eine zuverlässige Lösung zur Bestimmung des gewünschten Werts des Eingangsparameters, der der gewünschten Position des betreffenden Aktuators entspricht.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt des Computerprogramms kann der Wert der anderen virtuellen Eingänge mit folgenden Schritten bestimmt werden:
    • – Festlegen eines gewünschten Werts des Ausgangsparameters des Luftladesystems, der in linearer Beziehung zum virtuellen Eingang steht,
    • – Kontrollieren (zum Beispiel Messen oder Schätzen) eines Werts des Ausgangsparameters,
    • – Berechnen einer Differenz zwischen dem kontrollierten Wert und dem gewünschten Wert des Ausgangsparameters,
    • – Berechnen des Werts des virtuellen Eingangs, dabei Anwenden der Differenz auf eine lineare Steuerung.
  • Dieser Aspekt der Erfindung bewirkt die Anwendung eines geschlossenen Regelkreises auf das lineare Steuerungssystem als Ergebnis der Feedback-Linearisierung, wodurch eine effektive Steuerung der Aktuatoren ohne das Erfordernis eines erheblichen Kalibrierungsaufwands erreicht wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt des Computerprogramms kann die lineare Steuerung eine proportional-integrative Steuerung oder eine proportional-integrativ-derivative Steuerung sein.
  • Dieser Aspekt der Erfindung wirkt sich vereinfachend auf den geschlossenen Regelkreis aus, der an der oben beschriebenen Methode der Feedback-Linearisierung beteiligt ist.
  • Die vorgeschlagene Lösung kann auch in Form eines Computerprogrammprodukts ausgeführt werden, das einen Träger und das Computerprogramm umfasst. Die vorgeschlagene Lösung kann auch als elektromagnetisches Signal ausgeführt werden, das moduliert wird, um eine Datenbit-Sequenz zu transportieren, die das Computerprogramm repräsentiert, und/oder als elektronisches Steuergerät für ein Luftladesystem eines Verbrennungsmotors, wobei das elektronische Steuergerät zur Ausführung des Computerprogramms konfiguriert ist.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Lösung wird ein Verfahren zum Betrieb eines Luftladesystems eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst:
    • – Bestimmen eines Wertes einer Mehrzahl virtueller Eingänge des Luftladesystems,
    • – Berechnen eines Wertes einer Mehrzahl von Eingangsparametern des Luftladesystems und dadurch Anwendung der bestimmten Werte der virtuellen Eingänge auf ein Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetz, das so konfiguriert ist, dass jeder der virtuellen Eingänge in einer linearen Beziehung zu einem Ausgangsparameter des Luftladesystems und umgekehrt steht,
    • – Verwenden des berechneten Wertes jedes Eingangsparameters zur Bestimmung einer Position eines Aktuators des Luftladesystems,
    • – Betätigen jedes Aktuators entsprechend seiner bestimmten Position, wobei der Wert wenigstens eines der virtuellen Eingänge in folgenden Schritten bestimmt wird:
    • – Bestimmen eines gewünschten Wertes eines Eingangsparameters des Luftladesystems,
    • – Berechnen des Werts des virtuellen Eingangs und damit Anwendung des gewünschten Werts des Eingangsparameters und des bestimmten Werts jedes der anderen virtuellen Eingänge auf eine Umkehrfunktion des Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetzes. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung erzielt grundsätzlich dieselbe Wirkung wie das Computerprogramm oben, insbesondere jene der Bereitstellung einer Strategie, die eine gleichzeitige und koordinierte Steuerung der Aktuatoren ermöglicht, wodurch auch jeder der Aktuatoren in jeder gewünschten Position gehalten werden kann.
  • Gemäß einem Aspekt des Verfahrens kann der gewünschte Wert des Eingangsparameters mit folgenden Schritten bestimmt werden:
    • – Festlegen einer gewünschten Position eines Aktuators des Luftladesystems,
    • – Berechnen des gewünschten Werts des Eingangsparameters als Funktion der gewünschten Position des Aktuators.
  • Dieser Aspekt der Erfindung schafft eine zuverlässige Lösung zur Bestimmung des gewünschten Werts des Eingangsparameters, welcher der gewünschten Position des betreffenden Aktuators entspricht.
  • Gemäß einem anderen Aspekt des Verfahrens kann der Wert jedes der anderen virtuellen Eingänge mit folgenden Schritten bestimmt werden:
    • – Festlegen eines gewünschten Werts des Ausgangsparameters des Luftladesystems, der in linearer Beziehung zum virtuellen Eingang steht,
    • – Kontrolle (zum Beispiel Messen oder Schätzen) eines Werts des Ausgangsparameters,
    • – Berechnen einer Differenz zwischen dem kontrollierten Wert und dem gewünschten Wert des Ausgangsparameters,
    • – Berechnen des Werts des virtuellen Eingangs und damit Anwendung der Differenz auf eine lineare Steuerung.
  • Dieser Aspekt der Erfindung wirkt sich in der Anwendung eines geschlossenen Regelkreises auf das auf der Feedback-Linearisierung beruhende, lineare Steuerungssystem aus und erreicht damit eine effektive Steuerung der Aktuatoren ohne die Notwendigkeit eines erheblichen Kalibrierungsaufwands.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens kann die lineare Steuerung eine proportional-integrative Steuerung oder eine proportional-integrativ-derivative Steuerung sein.
  • Dieser Aspekt der Erfindung wirkt sich vereinfachend auf den geschlossenen Regelkreis aus, der an der oben beschriebenen Methode der Feedback-Linearisierung beteiligt ist.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Betrieb eines Luftladesystems eines Verbrennungsmotors, die Folgendes umfasst:
    • – Mittel zum Bestimmen eines Werts einer Mehrzahl virtueller Eingänge des Luftladesystems,
    • – Mittel zum Berechnen eines Werts einer Mehrzahl der Eingangsparameter des Luftladesystems und dadurch Anwendung der bestimmten Werte der virtuellen Eingänge auf ein Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetz, das so konfiguriert ist, dass jeder der virtuellen Eingänge in einer linearen Beziehung mit einem Ausgangsparameters des Luftladesystems und umgekehrt steht,
    • – Mittel zur Verwendung des berechneten Werts jedes Eingangsparameters zum Bestimmen einer Position eines Aktuators des Luftladesystems,
    • – Mittel zur Betätigung jedes Aktuators entsprechend seiner bestimmten Position, wobei die Mittel zum Bestimmen eines Werts einer Mehrzahl virtueller Eingänge des Luftladesystems dazu konfiguriert sind, den Wert wenigstens eines der virtuellen Eingänge mit folgenden Schritten zu bestimmen:
    • – Bestimmen eines gewünschten Werts eines Eingangsparameters des Luftladesystems,
    • – Berechnen des Werts des virtuellen Eingangs und damit Anwendung des gewünschten Werts des Eingangsparameters und des bestimmten Werts jedes der anderen virtuellen Eingänge auf eine Umkehrfunktion des Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetzes. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung erreicht grundsätzlich dieselben Wirkungen wie das Computerprogramm oben, insbesondere jene der Bereitstellung einer Strategie, die eine gleichzeitige und koordinierte Steuerung der Aktuatoren ermöglicht, die aber auch ermöglicht, jeden der Aktuatoren in seiner gewünschten Position zu halten.
  • Gemäß einem Aspekt der Vorrichtung kann das Mittel zum Bestimmen eines Werts einer Mehrzahl virtueller Eingänge des Luftladesystems dazu konfiguriert sein, den gewünschten Wert des Eingangsparameters mit folgenden Schritten zu bestimmen:
    • – Festlegen einer gewünschten Position eines Aktuators des Luftladesystems,
    • – Berechnen des gewünschten Werts des Eingangsparameters als Funktion der gewünschten Position des Aktuators.
  • Dieser Aspekt der Erfindung schafft eine zuverlässige Lösung zur Bestimmung des gewünschten Werts des Eingangsparameters, welcher der gewünschten Position des betreffenden Aktuators entspricht.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Vorrichtung kann das Mittel zum Bestimmen eines Werts einer Mehrzahl virtueller Eingänge des Luftladesystems dazu konfiguriert sein, den Wert jedes der anderen virtuellen Eingänge in folgenden Schritten zu bestimmen:
    • – Festlegen eines gewünschten Werts des Ausgangsparameters des Luftladesystems, der in linearer Beziehung zum virtuellen Eingang steht,
    • – Kontrollieren (zum Beispiel Messen oder Schätzen) eines Werts des Ausgangsparameters,
    • – Berechnen einer Differenz zwischen dem kontrollierten Wert und dem gewünschten Wert des Ausgangsparameters,
    • – Berechnen des Werts des virtuellen Eingangs und damit Anwenden der Differenz auf eine lineare Steuerung.
  • Dieser Aspekt der Erfindung hat die Wirkung der Anwendung eines geschlossenen Regelkreises auf ein auf der Feedback-Linearisierung beruhendes, lineares Steuerungssystem und erreicht damit eine effektive Steuerung der Aktuatoren ohne die Notwendigkeit eines erheblichen Kalibrierungsaufwands.
  • Gemäß einem anderen Aspekt des Verfahrens kann die lineare Steuerung eine proportional-integrative Steuerung oder eine proportional-integrativ-derivative Steuerung sein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird nunmehr exemplarisch unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugsystems.
  • 2 ist eine Querschnittansicht A-A der 1.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, in dem detailliert ein erstes Beispiel einer Steuerungsstrategie für ein Luftladesystem des Kraftfahrzeugsystems der 1 dargestellt ist.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, in dem detailliert ein zweites Beispiel einer Steuerungsstrategie für ein Luftladesystem des Kraftfahrzeugsystems der 1 dargestellt ist.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, in dem die allgemeine Steuerungsstrategie dargestellt ist, die im ersten und zweiten Beispiel oben ausgelöst wird.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, in dem dargestellt ist, wie die vorgeschlagene Steuerungsstrategie einen oder mehrere Aktuatoren des Luftladesystems in einer gewünschten Position halten kann.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Einige Ausführungsformen können ein Kraftfahrzeugsystem 100 beinhalten, das in den 1 und 2 gezeigt ist und das einen Verbrennungsmotor (ICE) 110 besitzt, beispielsweise einen Kompressionszündungsmotor (Dieselmotor) oder einen Funkenzündungsmotor (z. B. Benzinmotor). Die ICE 110 besitzt einen Motorblock 120, der mindestens einen Zylinder 125 mit einem Kolben 140 definiert, der mit einer Kurbelwelle 145 gekoppelt ist. Ein Zylinderkopf 130 arbeitet mit dem Kolben 140 zusammen, um einen Verbrennungsraum 150 zu definieren. Ein Luft-Kraftstoffgemisch (nicht gezeigt) wird in den Verbrennungsraum 150 eingebracht und entzündet, was zu heißen expandierenden Verbrennungsgasen führt, die zu einer Hin- und Herbewegung des Kolbens 140 führen. Der Kraftstoff wird von mindestens einem Kraftstoffinjektor 160 zur Verfügung gestellt, und die Luft durch mindestens einen Einlass 210. Der Kraftstoff wird dem Kraftstoffinjektor 160 unter hohem Druck von einem Kraftstoffrohr 170 bereitgestellt, das fluidzuleitend mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 180, die den Druck des von einer Kraftstoffquelle 190 kommenden Kraftstoffs erhöht, verbunden ist. Jeder der Zylinder 125 hat mindestens zwei Ventile 215, die von einer Nockenwelle 135 betätigt werden, die sich zeitgleich mit der Kurbelwelle 145 dreht. Die Ventile 215 lassen selektiv Luft vom Einlass 210 in den Verbrennungsraum 150 und erlauben alternierend den Auslass der Abgase durch den Auslass 220. In einigen Ausführungsbeispielen wird ein Nockenwellenverstellsystem 155 genutzt, um selektiv die zeitliche Abfolge zwischen der Nockenwelle 135 und der Kurbelwelle 145 zu verändern.
  • Die vom Brennraum 150 kommenden Abgase werden in ein Abgassystem 270 geleitet. Das Abgassystem 270 kann einen Auslasskrümmer 225 in fluidzuleitender Verbindung mit dem/den Auslass(en) 220 umfassen, der die Abgase sammelt und in ein Abgasrohr 275 mit einem oder mehreren Abgas-Nachbehandlungsvorrichtungen 280 leitet. Die Nachbehandlungsvorrichtungen 280 können jede Vorrichtung sein, die dazu konfiguriert ist, die Zusammensetzung der Abgase zu ändern. Einige Beispiele für Nachbehandlungsvorrichtungen 280 umfassen – ohne auf diese beschränkt zu sein – Katalysatoren (Zweiweg und Dreiweg), Oxidationskatalysatoren, NOx-Fallen für den Magerbetrieb, Kohlenwasserstoffadsorber, Systeme für die selektive katalytische Reduktion (SCR) und Partikelfilter.
  • Die Luft kann dem/den Einlass/Einlässen 210 durch ein Luftladesystem 195 zugeführt werden. Das Luftladesystem 195 kann einen Einlasskrümmer 200 in Verbindung mit dem/den Einlass/Einlässen 210 umfassen. Eine Luftansaugleitung 205 kann Luft von der Umgebung zum Einlasskrümmer 200 befördern. In der Ansaugleitung 205 kann ein Einlassventil 330 angeordnet sein. Das Einlassventil 330 kann ein bewegliches Ventilelement 331, beispielsweise eine Drossel, und einen elektrischen Aktuator 332 umfassen, der das Ventilelement 331 zur Regelung der Massenflussrate der in den Krümmer 200 gelenkten Luft bewegt.
  • Das Luftladesystem 195 kann auch einen Turbolader mit variabler Geometrie 230 umfassen, der einen drehbar mit einer Turbine 250 gekoppelten Kompressor 240 besitzt, wobei der Kompressor in der Ansaugleitung 205 und die Turbine im Abgasrohr 275 angeordnet sind. Die Rotation des Kompressors 240 erhöht den Druck und die Temperatur der Luft in der Ansaugleitung 205 und im Krümmer 200. Ein Intercooler 260, dir in der Ansaugleitung 205 zwischen dem Kompressor 240 und dem Einlasskrümmer 200 angeordnet ist, kann die Lufttemperatur reduzieren. Die Turbine 250 rotiert, indem sie Abgase vom Auslasskrümmer 225 erhält, der die Abgase von den Auslässen 220 und durch eine Reihe von Flügeln leitet, ehe die Expansion durch die Turbine 250 erfolgt. Dieses Beispiel zeigt eine Turbine mit variabler Geometrie (VGT) mit einem VGT-Aktuator 290, der dazu angeordnet ist, die Flügel der Turbine 250 so zu bewegen, dass die Strömung der durch diese hindurchgehenden Abgase geändert wird.
  • Das Luftladesystem 195 kann ferner ein Abgasrückführungssystem (EGR) zur Rückführung eines Teils der Abgase in die Verbrennungsräume 150 umfassen. Das EGR-System kann ein EGR-(HP-EGR)-Rohr 300 umfassen, das zwischen dem Auslasskrümmer 225 und dem Einlasskrümmer 200 angekoppelt ist. Insbesondere zweigt das HP-EGR-Rohr 300 vom Auslasskrümmer 225 oder von einem Punkt des Abgasrohres 275 stromaufwärts der Turbine 250 ab und führt zu einem Punkt der Ansaugleitung 205 stromabwärts des Kompressors 240, insbesondere zwischen dem Einlasskrümmer 200 und dem Einlassventil 330. Das HP-EGR-Rohr 300 kann mit einem HP-EGR-Kühler 310 zur Reduzierung der Temperatur der darin strömenden Abgase ausgerüstet sein. Ein HP-EGR-Ventil 320 kann im HP-EGR-Rohr 300 angeordnet sein. Das HP-EGR-Ventil 320 kann ein bewegliches Ventilelement 321 umfassen, und einen elektrischen Aktuator 322, der das Ventilelement 321 bewegt, um eine Massenflussrate der Abgase im HP-EGR-Rohr 300 zu regeln.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann das EGR-System ferner ein Niederdruck-EGR-(LP-EGR)-Rohr 500 umfassen, das zwischen dem Auslasskrümmer 225 und dem Einlasskrümmer 200 angekoppelt ist. Insbesondere zweigt das LP-EGR-Rohr 500 von einem Punkt des Abgasrohrs 275 stromabwärts der Turbine 250, insbesondere stromabwärts der Nachbehandlungsvorrichtungen 280 ab und führt zu einem Punkt der Ansaugleitung 205 stromaufwärts des Kompressors 240. Das LP-EGR-Rohr 500 kann mit einem LP-EGR-Kühler 510 zur Senkung der Temperatur der darin strömenden Abgase ausgerüstet sein. Ein LP-EGR-Ventil 520 kann im LP-EGR-Rohr 500 vorgesehen sein. Das LP-EGR-Ventil 520 kann ein bewegliches Ventilelement 521 umfassen, und einen elektrischen Aktuator 522, der das Ventilelement 521 bewegt, um eine Massenflussrate der Abgase im LP-EGR-Rohr 500 zu regeln.
  • Das Kraftfahrzeugsystem 100 kann ferner ein elektronisches Steuergerät (ECU) 450 in Kommunikation mit einem oder mehreren Sensoren und/oder Vorrichtungen in Verbindung mit der ICE 110 umfassen. Die ECU 450 kann Eingangssignale von unterschiedlichen Sensoren empfangen, die dazu konfiguriert sind, die Signale proportional zu verschiedenen physikalischen Parametern in Verbindung mit der ICE 110 abzugeben. Die Sensoren umfassen – ohne jedoch darauf beschränkt zu sein – einen Massenfluss- und Temperatursensor 340 in der Ansaugleitung 205 stromaufwärts des LP-EGR-Ventils 520, einen Krümmerdruck- und Temperatursensor 350, einen Verbrennungsdruckensor 360, Kühlmittel- und Öltemperatur- sowie Füllstandssensoren 380, einen Kraftstoffrohrdrucksensor 400, einen Kurbelwellenpositionssensor 420, Abgasdruck- und Temperatursensoren 430, einen HP-EGR-Temperatursensor 440 und einen Gaspedalpositionssensor 445. Ferner kann die ECU 450 Ausgangssignale an verschiedene Steuerungsgeräte abgeben, die dazu angeordnet sind, den Betrieb der ICE 110 zu steuern, einschließlich – aber ohne darauf beschränkt zu sein – der Kraftstoffinjektoren 160, des Einlassventilaktuators 332, des HP-EGR-Ventilaktuators 322, des LP-EGR-Ventilaktuators 522, des VGT-Aktuators 290 und des Nockenwellenverstellsystems 155. Beachte, dass gestrichelte Linien die Kommunikation zwischen der ECU 450 und den verschiedenen Sensoren und Vorrichtungen anzeigt, wobei jedoch einige aus Deutlichkeitsgründen weggelassen sind.
  • Das Steuergerät 450 kann eine mit einem Speichersystem und einem Bussystem datenverbundene digitale Mikroprozessoreinheit (CPU) umfassen. Die CPU ist dazu konfiguriert, Befehle, die als ein im Speichersystem 460 abgelegtes Programm ausgeführt sind, abzuarbeiten, Eingangssignale vom Datenbus zu erfassen und Ausgangssignale an den Datenbus abzugeben. Das Speichersystem 460 kann verschiedene Speichermedien wie optische, magnetische, Festkörper- und andere nicht-flüchtige Speicher besitzen. Der Schnittstellenbus kann dazu konfiguriert sein, analoge und/oder digitale Signale an die verschiedenen Sensoren und Steuerungsvorrichtungen zu senden, von diesen zu empfangen bzw. diese zu modulieren. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen und damit die ICE 110 steuern kann.
  • Das im Speichermedium 460 abgelegte Programm wird dem Steuergerät von außen kabelgebunden oder per Funk zugeführt. Außerhalb des Kraftfahrzeugsystems 100 tritt es regelmäßigerweise auf einem Computerprogrammprodukt in Erscheinung, welches in der Fachwelt auch als computer- oder maschinenlesbares Medium bezeichnet wird, und das als ein Computerprogrammcode auf einem Träger verstanden werden soll. Der Träger kann dabei flüchtiger oder nicht-flüchtiger Natur sein, mit der Folge, dass man auch von einer flüchtigen oder nicht-flüchtigen Natur des Computerprogrammprodukts sprechen kann.
  • Ein Beispiel für ein flüchtiges Computerprogrammprodukt ist ein Signal, z. B. ein elektromagnetisches Signal wie ein optisches Signal, das ein flüchtiger Träger für den Computerprogrammcode ist. Das Tragen des Computerprogrammcodes kann durch Modulieren des Signals mit einem konventionellen Modulationsverfahren wie QPSK für digitale Daten erreicht werden, so dass binäre Daten, die den Computerprogrammcode repräsentieren, dem flüchtigen elektromagnetischen Signal aufgeprägt sind. Solche Signale werden zum Beispiel benutzt, wenn ein Computerprogrammcode kabellos über eine WiFi-Verbindung zu einem Laptop übertragen wird.
  • Im Fall eines nicht-flüchtigen Computerprogrammprodukts ist ein Computerprogrammcode in einem substratgebundenen Speichermedium verkörpert. Das Speichermedium ist dann der oben genannte nicht-flüchtige Träger, so dass der Computerprogrammcode permanent oder nicht-permanent abrufbar in oder auf dem Speichermedium abgelegt ist. Das Speichermedium kann konventioneller Art sein, wie es im Bereich der Computertechnologie bekannt ist, z. B. ein Flash Memory, ein Asic, eine CD oder dergleichen.
  • Anstelle eines Motorsteuergeräts 450 kann das Kraftfahrzeugsystem 100 eine andere Art von Prozessor aufweisen, um die elektronische Logik bereitzustellen, z. B. ein eingebettetes Steuergerät (engl. embedded controller), einen Bordcomputer oder jede andere Art von Prozessormodul, die in einem Fahrzeug verwendet werden kann.
  • Detaillierter dargestellt, kann das ECU 450 dazu konfiguriert sein, die Aktuatoren des Luftladesystems 195 unter Anwendung einer Feedback-Linearisierungsmethode zu steuern, die auf einem nichtlinearen mathematischen MIMO-Modell des Luftladesystems 195 basieren kann.
  • Wenn beispielsweise das EGR-System nur ein EGR-Rohr umfasst, beispielsweise nur das HP-EGR-Rohr 300, umfassen die Aktuatoren des Luftladesystems 195 den Einlassventilaktuator 332, den HP-EGR-Ventil Aktuator 322 und den VGT-Aktuator 290. Unter dieser Annahme können die Eingangsparameter des Luftladesystems 195 einen Parameter Witv enthalten, der die Luftmassenflussrate durch das Einlassventil 330 anzeigt, einen Parameter Wegr, der die Abgasmassenflussrate durch das HP-EGR-Ventil 320 anzeigt, und einen Parameter Wvgt, dir die Abgasmassenflussrate durch die Turbine 250 des Turboladers mit variabler Geometrie 230 anzeigt. Die Ausgangsparameter des Luftladesystems 195 können einen Parameter px enthalten, der einen Auslasskrümmerdruck anzeigt, einen Parameter pi, der einen Einlasskrümmerdruck anzeigt, und einen Parameter Fi, der einen Restgasanteil im Einlasskrümmer 200 anzeigt.
  • Das nichtlineare, mathematische MIMO-Modell des Luftladesystems 195 lässt sich anhand der folgenden Gleichungen definieren:
    Figure DE202015005772U1_0002
    wobei gilt: γ ist das Verhältnis spezifischen Wärmen, R ist die universelle Gaskonstante, Vi ist ein Einlasskrümmer-Innenvolumen, Tic ist eine Lufttemperatur in der Ansaugleitung 205 stromabwärts des Intercoolers 260, Ti ist eine Lufttemperatur innerhalb des Einlasskrümmers 200, Tegr ist eine Temperatur des rückgeführten Abgases, Tx ist eine Abgastemperatur innerhalb des Auslasskrümmers 225, Teout ist eine Temperatur des aus der ICE 110 austretenden Abgases, Vx ist ein Auslasskrümmervolumen, Fx ist eine Restgasfraktion innerhalb des Auslasskrümmers 225, mi ist die Gesamtmasse an Gasen innerhalb der Einlasskrümmers 200, Wei ist die Gesamtmassenflussrate der in den Motor 110 eintretenden Gase, Wex die Gesamtmassenflussrate der aus dem Motor 110 austretenden Gase.
  • Das nichtlineare mathematische MIMO-Modell des Luftladesystems 195 lässt sich gleichermaßen anhand der nachstehenden Vektorgleichung definieren:
    Figure DE202015005772U1_0003
  • Wobei ein Ausgangsvektor y definiert wird als:
    Figure DE202015005772U1_0004
    ein Eingangsvektor u als:
    Figure DE202015005772U1_0005
    ein erster Vektor Cf(x) von Funktionen als:
    Figure DE202015005772U1_0006
    und eine Matrix Gg(x) von Funktionen als:
    Figure DE202015005772U1_0007
  • Die Vektorgleichung oben kann umformuliert werden wie folgt: ẏ = Gg(x)·u + Cf (x) wobei x generisch einen Vektor von Zustandsvariablen des Luftladesystems 195 anzeigt. Als Folge daraus besteht die Möglichkeit, einen Vektor ν virtueller Eingänge zu definieren:
    Figure DE202015005772U1_0008
    und diesen virtuellen Eingangsvektor ν dazu zu verwenden, ein Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetz u(x, ν) gemäß der folgenden Vektorgleichung zu entwickeln:
    15
    so dass: ẏ = ν
  • Eigentlich wurde das nichtlineare, mathematische MIMO-System in ein äquivalentes lineares System transformiert, wo jeder der virtuellen Eingänge ν1, ν2 und ν3 nur auf einen der Ausgangsparameter p .i, p .x und F .i bezogen ist, und umgekehrt, und wo die Relation zwischen jedem der virtuellen Eingänge und dem entsprechenden Ausgangsparameter eine lineare Beziehung ist.
  • Unter Ausnutzung dieser Transformation kann die ECU 450 dazu konfiguriert werden, den Einlassventilaktuator 332, den EGR-Ventilaktuator 322 und den VGT-Aktuator 290 während des Betriebs der ICE 110 mittels des linearen Steuerungsverfahrens gemäß Illustration in 3 zu steuern.
  • Dieses Steuerungsverfahren schafft für die ECU 450 die Möglichkeit, den Wert der Ausgangsparameter des Luftladesystems 195 zu kontrollieren (Block 600), namentlich den Auslasskrümmerdruck px den Einlasskrümmerdruck pi und die Restgasfraktion Fi im Einlasskrümmer 200 zusammen mit dem Wert der anderen beobachtbaren Zustandsvariablen des Systems, die am nichtlinearen, mathematischen MIMO-Modell oben beteiligt sind, namentlich die Lufttemperatur im Einlasskrümmer Ti, die Lufttemperatur Tic in der Ansaugleitung 205 stromabwärts des Intercoolers 260, die Temperatur Tegr der zurückgeführten Abgase, die Auslasskrümmer-Gastemperatur Tx, die Temperatur Teout der vom Motor abgehenden Abgase, die Restgasfraktion Fx im Auslasskrümmer 225, die Gesamtmasse mi am Einlasskrümmer 200, die Gesamtmassenflussrate Wei beim Eintritt in den Motor 110 und die Gesamtmassenflussrate Wex Austritt aus dem Motor 110.
  • In dieser Hinsicht kann der Wert des Auslasskrümmerdrucks px mit einem (nicht dargestellten) Drucksensor gemessen werden, der im Auslasskrümmer 225 oder im Abgasrohr 275 stromaufwärts der Turbine 250 angeordnet sein kann. Als Alternative kann dieser Druckwert auf Basis anderer messbarer Betriebsparameter der ICE 110 geschätzt werden, beispielsweise auf Basis der von den Abgasdruck- und Temperatursensoren 430 vorgenommenen Messungen. Der Wert des Einlasskrümmerdrucks pi kann mit dem Krümmerdruck- und Temperatursensor 350 im Einlasskrümmer 200 gemessen werden. Der Wert der Restgasfraktion Fi kann als Funktion des Werts einer Sauerstoffkonzentration O2 innerhalb des Einlasskrümmers 200 nach Maßgabe der Gleichung Fi = 1 – O2 berechnet werden. Der Wert der Sauerstoffkonzentration O2 kann mit einem (nicht dargestellten) Spezialsensor gemessen werden, der im Einlasskrümmer 200 angeordnet ist, oder er kann auf Basis anderer messbarer Betriebsparameter der ICE 110 geschätzt werden. Der Wert der Einlasskrümmer-Lufttemperatur Ti kann mit dem Krümmerdruck- und Temperatursensor 350 gemessen werden, der sich im Einlasskrümmer 200 befindet. Der Wert der Einlasskrümmer-Lufttemperatur stromabwärts des Intercoolers Tic kann mit einem (nicht dargestellten) Spezialsensor gemessen oder auf Basis der mit dem Krümmerdruck- und Temperatursensor 350 vorgenommenen Messungen geschätzt werden. Der Wert der Temperatur Tegr der rückgeführten Abgase kann mit dem HP-EGR-Temperatursensor 440 gemessen werden. Der Wert der Auslasskrümmer-Gastemperatur Tx kann mit einem (nicht dargestellten) Temperatursensor gemessen werden, der im Auslasskrümmer 225 oder im Abgasrohr 275 stromaufwärts der Turbine 250 angeordnet sein kann. Alternativ dazu kann dieser Temperaturwert auf Basis anderer messbarer Betriebsparameter der ICE 110 geschätzt werden, beispielsweise auf Basis der von den Abgasdruck- und Temperatursensoren 430 vorgenommenen Messungen. Der Wert der Temperatur Teout der aus dem Motor austretenden Abgase kann mit einem (nicht dargestellten) Spezialsensor bestimmt oder auf Basis anderer messbarer Betriebsparameter der ICE 110 geschätzt werden. Der Wert der Restgasfraktion Fx am Auslasskrümmer 225 kann mit einer (nicht dargestellten) Lambdasonde im Abgasrohr 275 stromaufwärts der Nachbehandlungsvorrichtungen 280 gemessen werden. Der Wert der Gesamtmasse mi am Einlasskrümmer 200, der Wert der Gesamtmassenflussrate Wei beim Eintritt in den Motor 110 und der Wert der Gesamtmassenflussrate Wex beim Austritt aus dem Motor 110 können mithilfe des Massenfluss- und Temperatursensors 340 gemessen oder geschätzt werden.
  • Die kontrollierten Werte der Ausgangsparameter pi, Fi und px wären zurückgemeldet und dazu verwendet, einen Fehler (eine Differenz) e1, e2 und e3 zwischen jedem von ihnen und einem entsprechenden Zielwert pi_tar, Fi_tar und Px_tar derselben zu berechnen: e1 = pi_tar – pi e2 = Fi_tar – Fi e3 = px_tar – px
  • Die Zielwerte pi_tar, px_tar und Fi_tar für die Ausgangsparameter können durch die ECU 450 auf Basis anderer herkömmlicher Strategien bestimmt werden, beispielsweise auf Basis des Motorbetriebspunktes.
  • Der erste Fehler e1 wird dann als Eingang in eine erste lineare Single-Input/Single-Output-(SISO)-Steuerung 605 verwendet, die als Ausgang einen entsprechenden Wert für den ersten virtuellen Eingang ν1 liefert. Der zweite Fehler e2 wird als Eingang in eine zweite lineare SISO-Steuerung 610 verwendet, die als Ausgang einen entsprechenden Wert für den zweiten virtuellen Eingang ν2. liefert. Der dritte Fehler e3 wird als Eingang in eine dritte lineare SISO-Steuerung 615 verwendet, die als Ausgang einen entsprechenden Wert für den dritten virtuellen Eingang ν3. liefert.
  • Die drei linearen Steuerungen 605, 610 und 615 können beispielsweise proportional-integrative (PI) Steuerungen oder proportional-integrativ-differentielle (PID) Steuerungen sein und werden über das oben erklärte, äquivalente lineare System so abgestimmt, dass die entsprechenden Fehler e1, e2 und e3 minimiert werden.
  • Die Werte der virtuellen Eingänge ν1, ν2 und ν3 werden dann auf ein nichtlineares Kalkulationsmodul 620 angewendet, wo 6sie dazu verwendet werden, entsprechende Werte der Eingangsparameter Witν, Wegr und Wνgt des Luftladesystems 195 zu berechnen. Insbesondere kann das Kalkulationsmodul 620 die Werte dieser Eingangsparameter mit dem oben erklärten Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetz berechnen:
    Figure DE202015005772U1_0009
  • Der berechnete Wert der Luftmassenflussrate Witν wird dann auf ein Kalkulationsmodul 625 angewendet, das ein mathematisches Modell des Einlassventils 330 dazu benützen kann, als Ausgang eine Position Uitν des Aktuators 332 zu ergeben, die dem berechneten Wert der Luftmassenflussrate Witν entspricht. Der berechnete Wert der Abgasmassenflussrate Wegr wird auf ein weiteres Kalkulationsmodul 630 angewendet, dass ein mathematisches Modell des HP-EGR-Ventils 320 benützen kann, um als Ausgang eine Position Uegr des Aktuators 322 zu ergeben, die dem berechneten Wert der Abgasmassenflussrate Wegr entspricht. Der berechnete Wert der Abgasmassenflussrate Wνgt wird auf ein weiteres Kalkulationsmodul 635 angewendet, das ein mathematisches Modell der Turbine 250 benützen kann, um als Ausgang eine Position Uνgt des Aktuators 290 zu ergeben, die dem berechneten Wert der Abgasmassenflussrate Wνgt entspricht.
  • Der Lufteinlassventilaktuator 332, der EGR-Ventilaktuator 322 und der VGT-Aktuator 290 werden schließlich gemäß den entsprechenden berechneten Positionen Uitν, Uegr und Uνgt betätigt (Block 640).
  • Sollte das EGR-System sowohl die HP-EGR-Leitungen 300 wie auch die LP-EGR 500 umfassen, dann umfassen die Aktuatoren des Luftladesystems 195 den Einlassventilaktuator 332, den HP-EGR-Ventilaktuator 322, den VGT-Aktuator 290 und auch den LP-EGR-Ventilaktuator 522. Unter dieser Annahme können die Eingangsparameter des Luftladesystems 195 einen Parameter Witν umfassen, der die Luftmassenflussrate durch das Einlassventil 330 anzeigt, einen Parameter CdAegr_HP, der einen effektiven Strömungsquerschnitt des HP-EGR-Ventils 320 anzeigt, einen Parameter Rt, dir eine Turbinenleistungsrate anzeigt, und einen Parameter CdAegr_LP, der einen effektiven Strömungsquerschnitt des LP-EGR-Ventils 520 anzeigt. Die Ausgangsparameter des Luftladesystems 195 können einen Parameter pi umfassen, der einen Einlasskrümmerdruck anzeigt, einen Parameter Fi, der eine Restgasfraktion im Einlasskrümmer 200 anzeigt, einen Parameter βc, der eine vom Kompressor 240 des Turboladers 230 bewirkte Kompressionsrate anzeigt, und Fc als Anzeige einer Restgasfraktion in der Ansaugleitung 205 zwischen dem vordersten Punkt der LP-EGR-Leitung 500 und dem Kompressor 240 des Turboladers 230.
  • Das nichtlineare mathematische MIMO-Modell des Luftladesystems 195 lässt sich anhand der folgenden Gleichungen definieren:
    Figure DE202015005772U1_0010
    wobei gilt: R ist die universelle Gaskonstante, Vi ist ein Einlasskrümmer-Innenvolumen, Ti ist eine Lufttemperatur innerhalb des Einlasskrümmers 200, px ist ein Abgasdruck stromaufwärts der Turbine 250 des Turboladers 230, ξegr_HP ist ein HP-EGR-Korrekturfaktor, Tx ist eine Abgastemperatur innerhalb des Auslasskrümmers 225, ην0 ist eine volumetrische Effizienz des Motors, Vd ist ein Hubraum des Motors, Ne ist eine Rotationsgeschwindigkeit des Motors, c ist eine Konstante mit Bezug zur Trägheit des Turboladers, cp eine spezifische Wärmekapazität eines Gases bei konstantem Druck, Wc ist eine Massenflussrate der Luft/Gasströmung durch den Kompressor 240 des Turboladers 230, Wf ist eine Massenflussrate des Kraftstoffes, der in die Brennräume 150 des Motors 110 eingespritzt wird, Tc_us ist eine Temperatur der Luft/Gasströmung in der Ansaugleitung 205 stromaufwärts des Kompressors 240, Rc ist eine Leistungsrate des Kompressors, Fx ist eine Restgasfraktion im Auslasskrümmer 225, pc_us ist ein Druck der Luft/Gasströmung in der Ansaugleitung 205 stromaufwärts des Kompressors 240, Vc_us ist ein Volumen der Ansaugleitung 205 stromaufwärts des Kompressors 240, ξegr_LP ist ein LP-EGR-Korrekturfaktor, pexh ist ein Druck des Abgases im Abgasrohr 275 stromabwärts der Nachbearbeitungsvorrichtungen 280, Tegr_LP ist eine Temperatur des Abgases in der LP-EGR-Leitung 500, und Wa ist eine Luftmassenflussrate in der Ansaugleitung 205.
  • Das nichtlineare mathematische MIMO-Modell des Luftladesystems 195 kann gleichermaßen anhand der nachstehenden Vektorgleichung definiert werden:
    Figure DE202015005772U1_0011
  • Wobei ein Ausgangsvektor y definiert ist als:
    Figure DE202015005772U1_0012
    ein Eingangsvektor u als:
    Figure DE202015005772U1_0013
    ein erster Vektor f(x) von Funktionen als:
    Figure DE202015005772U1_0014
    und eine Matrix Gg(x) von Funktionen als:
    Figure DE202015005772U1_0015
    die Vektorgleichung oben kann auch in diesem Fall in der allgemeinen Form geschrieben werden: ẏ = f(x) + Gy(x)·u wobei x generisch einen Vektor von Zustandsvariablen des Luftladesystems 195 anzeigt. Als Folge daraus besteht noch immer die Möglichkeit, einen Vektor ν virtueller Eingänge zu definieren:
    Figure DE202015005772U1_0016
    und diesen virtuellen Eingangsvektor ν dazu zu verwenden, ein Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetz u(x, ν) gemäß der nachstehenden Vektorgleichung zu entwickeln: u(x, ν) = Gg(x)–1·(ν – f(x)) so dass gilt: ẏ = ν
  • Auch in diesem Fall wurde somit das nichtlineare, mathematische MIMO-System in ein äquivalentes lineares System transformiert, in dem jeder der virtuellen Eingänge ν1, ν2, ν3 und ν4 nur auf einen der Ausgangsparameter p.i, β .c, F .i und F .c bezogen ist, und umgekehrt, und wobei die Relation zwischen jedem der virtuellen Eingänge und dem entsprechenden Ausgangsparameter ein linearer Bezug ist.
  • Unter Nutzung dieser Transformation kann die ECU 450 dazu konfiguriert werden, den Einlassventilaktuator 332, den HP-EGR-Ventilaktuator 322, den VGT-Aktuator 290 und den LP-EGR-Ventilaktuator 522 während des Betriebs der ICE 110 mittels des linearen Steuerungsverfahrens zu steuern, wie in 4 dargestellt.
  • Dieses Steuerungsverfahren ermöglicht der ECU 450 die Kontrolle (Block 700) des Werts der Ausgangsparameter des Luftladesystems 195, namentlich der Kompressionsrate βc, des Einlasskrümmerdrucks pi, der Restgasfraktion Fi im Einlasskrümmer 200 und der Restgasfraktion Fc zusammen mit dem Wert der anderen beobachtbaren Zustandsvariablen des Systems und der Konstanten, die am Obenstehenden nichtlinearen, mathematischen MIMO-Modell beteiligt sind, namentlich das Einlasskrümmer-Innenvolumen Vi, die Lufttemperatur Ti innerhalb des Einlasskrümmers 200, der Abgasdruck px stromaufwärts der Turbine 250 des Turboladers 230, der HP-EGR-Korrekturkoeffizient ξegr_HP, die Abgastemperatur Tx im Auslasskrümmer 225, die volumetrische Effizienz ην0 des Motors, der Hubraum Vd des Motors, die Motorgeschwindigkeit Ne, die Konstante c, die spezifische Wärmekapazität cp eines Gases bei konstantem Druck, die Massenflussrate Wc des Luft/Gasdurchflusses durch den Kompressor 240 des Turboladers 230, die Massenflussrate Wf des in die Brennräume 150 des Motors 110 eingespritzten Kraftstoffs, die Temperatur Tc_us der Luft/Gasströmung in der Ansaugleitung 205 stromaufwärts des Kompressor 240, Kompressor-Leistungsrate Rc, die Restgasfraktion Fx im Auslasskrümmer 225, der Druck pc_us der Luft/Gasströmung in der Ansaugleitung 205 stromaufwärts des Kompressors 240, das Volumen Vc_us der Ansaugleitung 205 stromaufwärts des Kompressors 240, der LP-EGR-Korrekturkoeffizient ξegr_LP, der Druck pexh des Abgases im Abgasrohr 275 stromabwärts der Nachbearbeitungsvorrichtungen 280, die Temperatur Tegr_LP des Abgases in der LP-EGR-Leitung 500 und die Luftmassenflussrate Wa in der Ansaugleitung 205.
  • In dieser Hinsicht kann der Wert der Kompressionsrate βc als Verhältnis zwischen dem Druck in der Leitung stromaufwärts der Drossel 331 und dem stromaufwärtigen Druck pc_us des Kompressors bestimmt werden. Der Wert des Einlasskrümmerdrucks pi kann mittels des Krümmerdruck- und Temperatursensors 350 im Einlasskrümmer 200 gemessen werden. Der Wert des Einlasskrümmer-Innenvolumens Vi ist eine Konstante, die von der Geometrie des Luftladesystems abhängig ist. Der Wert der Restgasfraktion Fi kann als Funktion des Werts einer Sauerstoffkonzentration O2 im Einlasskrümmer 200 anhand der Gleichung Fi = 1 – O2 berechnet werden. Der Sauerstoffkonzentrationswert O2 kann mittels eines (nicht dargestellten) Spezialsensors, der im Einlasskrümmer 200 angeordnet ist, gemessen werden, oder kann auf Basis anderer messbarer Betriebsparameter der ICE 110 geschätzt werden. Der Wert der Restgasfraktion Fc kann als Funktion des Werts einer Sauerstoffkonzentration O2c in der Ansaugleitung 205 stromaufwärts des Kompressors 240 anhand der Gleichung Fc = 1 – O2c bestimmt werden. Die Kompressor-Sauerstoffkonzentration O2c kann auf Basis anderer messbarer Betriebsparameter in der Ansaugleitung 205 und im LP-Rohr 500 geschätzt werden. Der Wert der Einlasskrümmer-Lufttemperatur Ti kann (stromabwärts des Intercoolers 260) mittels des Krümmerdruck- und Temperatursensors 350 im Einlasskrümmer 200 gemessen werden. Der Wert des Auslasskrümmerdrucks px kann mittels eines (nicht dargestellten) Drucksensors, der im Auslasskrümmer 225 oder im Abgasrohr 275 stromaufwärts der Turbine 250 angeordnet sein kann, gemessen werden. Alternativ dazu kann dieser Druckwert auf Basis anderer messbarer Betriebsparameter der ICE 110 geschätzt werden, beispielsweise auf Basis der von den Abgasdruck- und Temperatursensoren 430 vorgenommenen Messungen. Der Wert des HP-EGR-Korrekturkoeffizienten ξegr_HP ist eine nichtlineare Funktion des Druckverhältnisses am HP-EGR-Ventil. Der Wert der Auslasskrümmer-Gastemperatur Tx kann mittels eines (nicht dargestellten) Temperatursensors gemessen werden, der im Auslasskrümmer 225 oder im Abgasrohr 275 stromaufwärts der Turbine 250 angeordnet sein kann. Alternativ dazu kann dieser Temperaturwert auf Basis anderer messbarer Betriebsparameter der ICE 110 geschätzt werden, beispielsweise auf Basis der von den Abgasdruck- und Temperatursensoren 430 vorgenommenen Messungen. Der Wert der volumetrischen Effizienz ην0 des Motors ist eine Konstante, die von der Geometrie des Motors abhängig ist. Der Wert des Hubraums Vd des Motors ist eine Konstante, die von der Geometrie des Motors abhängig ist. Der Wert der Motorgeschwindigkeit Ne kann mittels des Kurbelwellenpositionssensors 420 gemessen werden. Der Wert von c ist eine Konstante. Der Wert der spezifischen Wärmekapazität cp ist eine Konstante. Der Wert der Massenflussrate Wc der Luft/Gasströmung durch den Kompressor 240 des Turboladers 230 kann als Summe der Luftmassenflussrate Wa und der Massenflussrate durch die LP EGR bestimmt werden. Der Wert der Massenflussrate Wf des in die Brennräume 150 des Motors 110 eingespritzten Kraftstoffs kann von den Steuerungsstrategien bereitgestellt werden, welche die Kraftstoffinjektoren 160 betreiben. Der Wert der Temperatur Tc_us der Luft/Gasströmung in der Ansaugleitung 205 stromaufwärts des Kompressors 240 kann auf Basis anderer messbarer Betriebsparameter in der Einlassleitung 205 und im LP-Rohr 500 bestimmt werden. Der Wert der Kompressorleistungsrate Rc kann als Funktion der Massenflussrate Wc der Luft/Gasströmung durch den Kompressor 240 und der Kompressionsrate βc bestimmt werden. Der Wert der Restgasfraktion Fx im Auslasskrümmer 225 kann mittels einer (nicht dargestellten) Lambdasonde im Abgasrohr 275 stromaufwärts der Nachbearbeitungsvorrichtungen 280 gemessen werden. Der Wert des Drucks pc_us der Luft/Gasströmung in der Ansaugleitung 205 stromaufwärts des Kompressors 240 kann auf Basis anderer messbarer Betriebsparameter in der Ansaugleitung 205 und im LP-Rohr 500 geschätzt werden. Der Wert des Volumens Vc_us der Ansaugleitung stromaufwärts des Kompressors 240 ist eine Konstante, die von der Geometrie des Luftladesystems abhängig ist. Der Wert des LP-EGR-Korrekturkoeffizienten ξegr_LP ist eine nichtlineare Funktion des Druckverhältnisses im LP-EGR-Ventil. Der Druck pexh des Abgases im Abgasrohr 275 stromabwärts der Nachbearbeitungsvorrichtungen 280 kann auf Basis anderer messbarer Betriebsparameter im Abgasrohr 275 bestimmt werden. Der Wert der Temperatur Tegr_LP des Abgases in der LP-EGR-Leitung 500 kann mittels eines in der Leitung stromaufwärts des LP-EGR-Ventils 521 angeordneten Spezialsensors gemessen werden. Der Wert der Luftmassenflussrate Wa in der Ansaugleitung 205 kann mittels des Sensors 340 berechnet werden.
  • Die kontrollierten Werte der Ausgangsparameter βc, pi, Fi und Fc werden zurückgemeldet und zur Berechnung eines Fehlers (einer Differenz) e1, e2, e3 und e4 zwischen jedem derselben und einem entsprechenden Zielwert pi_tar, Fi_tar und px_tar verwendet: e1 = pi_tar – pi e2 = βx_tar – βx e3 = Fi_tar – Fi e4 = Fc_tar – Fc
  • Die Zielwerte pi_tar, βx_tar, Fi_tar und Fc_tar für die Ausgangsparameter können von der ECU 450 auf Basis anderer herkömmlicher Strategien bestimmt werden, beispielsweise auf Basis des Motorbetriebspunktes.
  • Der erste Fehler e1 wird dann als Eingang in eine erste lineare SISO-Steuerung 705 angewendet, die als Ausgang einen entsprechenden Wert für den ersten virtuellen Eingang ν1 ergibt. Der zweite Fehler e2 wird als Eingang in eine zweite lineare SISO-Steuerung 710 angewendet, die als Ausgang einen entsprechenden Wert für den zweiten virtuellen Eingang ν2· ergibt. Der dritte Fehler e3 wird als Eingang in eine dritte lineare SISO-Steuerung 715 angewendet, die als Ausgang einen entsprechenden Wert für den dritten virtuellen Eingang ν3· ergibt. Der vierte Fehler e4 wird als Eingang in eine vierte lineare SISO-Steuerung 720 angewendet, die als Ausgang einen entsprechenden Wert für den vierten virtuellen Eingang ν4· ergibt.
  • Die vier linearen Steuerungen 705, 710, 715 und 720 können beispielsweise proportional-integrative (PI) Steuerungen oder proportional-integrativ-differentielle (PID) Steuerungen sein und werden über das oben erklärte äquivalente lineare System abgestimmt, um die entsprechenden Fehler e1, e2, e3 und e4 zu minimieren.
  • Die Werte der virtuellen Eingänge ν1, ν2, ν3 und ν4 werden dann auf ein nichtlineares Kalkulationsmodul 725 angewendet, wo sie dazu verwendet werden, entsprechende Werte der Eingangsparameter Witν, CdAegr_HP, CdAegr_LP und Rt des Luftladesystems 195 zu berechnen. Insbesondere kann das Kalkulationsmodul 725 diese Eingangsparameter mit dem Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetz berechnen, das oben erklärt wurde:
    Figure DE202015005772U1_0017
  • Der berechnete Wert der Massenflussrate Witν wird dann auf ein Kalkulationsmodul 730 angewendet, das ein mathematisches Modell des Einlassventils 330 verwenden kann, um als Ausgang eine Position Uitν des Aktuators 332 zu ergeben, die dem berechneten Wert der Luftmassenflussrate Witν entspricht. Der berechnete Wert des effektiven Strömungsquerschnitts CdAegr_HP wird auf ein weiteres Kalkulationsmodul 735 angewendet, das ein mathematisches Modell des HP-EGR-Ventils 320 verwenden kann, um als Ausgang eine Position Uegr_HP des Aktuators 322 zu ergeben, die dem berechneten Wert des effektiven Strömungsquerschnitts CdAegr_HP entspricht. Der berechnete Wert des effektiven Strömungsquerschnitts CdAegr_LP wird auf ein weiteres Kalkulationsmodul 740 angewendet, das ein mathematisches Modell des LP-EGR-Ventils 520 verwenden kann, um als Ausgang eine Position Uegr_LP des Aktuators 522 zu ergeben, die dem berechneten Wert des effektiven Strömungsquerschnitts CdAegr_LP entspricht. Der berechnete Wert der Turbinenleistungsrate Rt wird dann auf ein weiteres Kalkulationsmodul 745 der Turbine 250 angewendet, um als Ausgang eine Position Uνgt des Aktuators 290 zu ergeben, die dem berechneten Wert der Turbinenleistungsrate Rt entspricht.
  • Der Lufteinlassventilaktuator 332, der HP-EGR-Ventilaktuator 322, der LP-EGR-Ventilaktuator 522 und der VGT-Aktuator 290 werden schließlich gemäß der jeweils berechneten Position Uitν, Uegr_HP, Uegr_LP und Uνgt betrieben (Block 750).
  • Im Grunde zeigen beide oben beschriebene Beispiele, dass das Luftladesystem 195 mit einer Feedback-Linearisierungs-Steuerungsstrategie gesteuert werden kann. Wie in 5 schematisch dargestellt, ermöglicht diese Feedback-Linearisierungs-Steuerungsstrategie der ECU 450 im allgemeinen, einen Vektor ν zu bestimmen (Block 800), der einen Wert einer Mehrzahl virtueller Eingänge enthält, deren jeder in linearer Beziehung mit nur einem der Ausgangsparameter des Luftladesystems 195 steht, die im Vektor y enthalten sind. Der Vektor ν wird als Eingang in ein Feedback-Linearisierungsgesetz (Block 805) von der Art u(x, ν) = Gg(x)–1·(ν – Cf(x)) angewendet, das als Ausgang einen entsprechenden Vektor u von Werten ”aktueller” Eingangsparameter des Luftladesystems 195 ergibt, deren jeder dann dazu verwendet wird (Block 810), die Position U eines entsprechenden Aktuators des Luftladesystems 195 zu berechnen.
  • Wie in den voranstehenden Beispielen erläutert, kann während des Betriebs des Verbrennungsmotors 110 der Wert jedes virtuellen Eingangs mit einer eigenen linearen SISO-Steuerung gemäß einem Feedback-Steuerungsmechanismus der betreffenden Ausgangsparameter des Luftladesystems bestimmt werden.
  • Auf diese Weise werden alle Aktuatoren des Luftladesystems 195 zusammen auf koordinierte Weise gesteuert, wodurch die Genauigkeit und zeitliche Reaktion, mit der das Luftladesystem 195 die Zielwerte seiner Ausgangsparameter einhält vor allem bei Übergängen verbessert wird.
  • Es können jedoch Umstände auftreten, in denen ein oder mehrere der Aktuatoren des Luftladesystems 195 in einer vorher definierten, fixierten Position gehalten werden müssen. Diese Umstände können auftreten, wenn ein diagnostisches Verfahren einiger der Aktuatoren in Durchführung ist oder wenn der Verbrennungsmotor 110 unter ungewöhnlichen Arbeitsbedingungen betrieben wird, beispielsweise um eine sichere Fahrt des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten oder um andere Bedürfnisse zu erfüllen.
  • Unter diesen Umständen besteht für jeden der blockierten Aktuatoren die Möglichkeit, einen entsprechenden virtuellen Eingang des Luftladesystems 195 zu identifizieren, der mit der entsprechenden ersten SISO-Steuerung wie oben beschrieben nicht bestimmbar ist.
  • Von einem mathematischen Standpunkt aus kann der Vektor ν wie folgt umformuliert werden:
    Figure DE202015005772U1_0018
    wobei νn ein Subvektor (ein Teil des Vektors ν) ist, der die virtuellen Eingänge des Luftladesystems 195 enthält, die mit den entsprechenden SISO-Steuerungen nicht bestimmbar sind, und wobei νc ein Subvektor (ein Teil des Vektors ν) ist, der die anderen virtuellen Eingänge des Luftladesystems 195 enthält, die nach wie vor mit der entsprechenden SISO-Steuerung bestimmbar sind.
  • Um dieses Bedürfnis zu befriedigen (vergleiche 6) und gleichzeitig fortzufahren, den Wert der einzelnen virtuellen Eingänge des Subvektors νc mittels der entsprechenden SISO-Steuerungen zu bestimmen, kann die ECU 450 dazu konfiguriert werden, die SISO-Steuerungen in Entsprechung zu den virtuellen Eingängen des Subvektors νn abzuschalten und deren Werte mit einer Strategie zu bestimmen, die sicherstellt, dass, wenn sie auf das Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetz angewendet wird, die bestimmten Werte der virtuellen Eingänge des Subvektors νn die blockierten Aktuatoren veranlassen, in den gewünschten Positionen zu bleiben.
  • Diese Strategie kann der ECU 450 die Möglichkeit verschaffen, einen Vektor Ub zu bestimmen, der die gewünschte Position jedes der Aktuatoren, die blockiert werden müssen, enthält (Block 815). Wie oben erklärt, korreliert die Position jedes Aktuators mit einem entsprechenden Eingangsparameter des Luftladesystems 195 über ein mathematisches Modell dieses Aktuators. Daraus folgt, dass die gewünschte Position jedes blockierten Aktuators von der ECU 450 als Eingang dieses Modells verwendet werden kann, um einen gewünschten Wert des entsprechenden Eingangsparameters zu berechnen. Auf diese Weise kann die ECU 450 einen Vektor ub gewinnen, der die gewünschten Werte der Eingangsparameter des Luftladesystems 195 enthält, die den gewünschten Positionen der blockierten Aktuatoren entspricht (Block 820).
  • Dieser Vektor ub und der Subvektor νc, welche die durch die noch aktiven SISO-Steuerungen bestimmten Werte der virtuellen Eingänge des Luftladesystems 195 enthalten, können dann von der ECU 450 als Eingang eines Kalkulationsmoduls verwendet werden (Block 825), das eine Umkehrfunktion des Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetzes u(x, ν) = Gg(x)–1·(ν – Cf(x)) verwenden kann, um als Ausgang die Werte der virtuellen Eingänge des Subvektors νn zu berechnen, der die blockierten Aktuatoren veranlasst, in den gewünschten Positionen Ub zu bleiben.
  • In der Tat ist die Umkehrfunktion des Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetzes die Vektorgleichung des mathematischen nichtlinearen MIMO-Modells: ẏ = ν = Gg(x)·u + Cf(x).
  • Wie oben erläutert, kann der Vektor ν allgemein wie folgt umformuliert werden:
    Figure DE202015005772U1_0019
  • Gleichzeitig kann der Vektor u wie folgt umformuliert werden:
    Figure DE202015005772U1_0020
    wobei ul ein Subvektor (ein Teil des Vektors u) ist, der die Werte der Eingangsparameter des Luftladesystems 195 enthält, die mit den nicht blockierten Aktuatoren korrelieren.
  • Daraus folgt, dass die Vektorgleichung des mathematischen nichtlinearen MIMO-Modells wie folgt umformuliert werden kann:
    Figure DE202015005772U1_0021
    wobei gilt: Cgnb(x) ist eine Submatrix (ein Teil der Matrix Gg(x)), die die Funktionen enthält, die den Subvektor νn mit dem Subvektor ub korrelieren; Cgnl(x) ist eine Submatrix (ein Teil der Matrix Gg(x)), die die Funktionen enthält, die den Subvektor νn mit dem Subvektor ul korrelieren; Cgcb(x) ist eine Submatrix (ein Teil der Matrix Gg(x)), die die Funktionen enthält, die den Subvektor νc mit dem Subvektor ub korrelieren; Cgcl(x) ist eine Submatrix (ein Teil der Matrix Gg(x)), die die Funktionen enthält, die den Subvektor νc mit dem Subvektor ul korrelieren; Cfn(x) ist ein Subvektor (ein Teil des Vektors Cf(x)), der die Funktionen enthält, die den Subvektor νn mit dem Subvektor ub korrelieren; und Cfc(x) ist ein Subvektor (ein Teil des Vektors Cf(x)), der die Funktionen enthält, die den Subvektor νc mit dem Subvektor ul korrelieren.
  • Diese Vektorgleichung kann in die beiden folgenden Vektorgleichungen aufgelöst werden: νn = Cgnb(x)·ub + Cgnl(x)·ul + Cfn(x) νo = Cgob(x)·ub + Cgcl(x)·ul + Cfo(x)
  • Aus der zweiten Vektorgleichung kann der Subvektor ul bestimmt werden als: ul = Cgcl(x)–1·(νc – Cgcb(x)·ub – Cfc(x))
  • Unter Ersetzung dieses Ausdrucks in der ersten Gleichung besteht die Möglichkeit, den Subvektor νn zu berechnen als: νn = Cgnb(x)·ub + Cgcl(x)–1·(νc – Cgcb(x)·ub – Cfc(x)) + Cfn(x) wobei die Subvektoren vc und ub als bekannte Eingänge des Kalkulationsmoduls 825 verwendet werden.
  • Wenn die Werte des Subvektors νn, die mit dieser letzten Transformationsfunktion berechnet wurden, und die Werte des Subvektors νc, die von den noch aktiven SISO-Steuerungen bereitgestellt wurden, auf das Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetz des Blocks 805 angewendet werden, enthält der resultierende Vektor u dank dieser Lösung exakt den gewünschten Subvektor ub, wodurch garantiert ist, dass die blockierten Aktuatoren in der gewünschten Position bleiben, während die anderen Aktuatoren noch immer effektiv durch die Feedback-Linearisierungs-Steuerungsstrategie gesteuert werden.
  • Während in der obenstehenden Zusammenfassung und detaillierten Beschreibung wenigstens ein exemplarisches Ausführungsbeispiel dargestellt worden ist, ist zu beachten, dass dazu eine große Anzahl von Variationen existiert. Zu beachten ist ferner, dass das exemplarische Ausführungsbeispiel oder die exemplarischen Ausführungsbeispiele nur Beispiele und nicht dazu geeignet sind, den Geltungsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration auf irgendeine Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die obenstehende Zusammenfassung und detaillierte Beschreibung einschlägig bewanderten Fachpersonen eine praktische Anleitung zur Implementierung wenigstens eines exemplarischen Ausführungsbeispiels zur Verfügung, wobei zu beachten ist, dass an der Funktion und Anordnung der in einem exemplarischen Ausführungsbeispiel beschriebenen Elemente verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsbereich abzuweichen, wie er in den angehängten Patentansprüchen und deren rechtmäßigen Äquivalenten ausgeführt ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Kraftfahrzeugsystem
    110
    Verbrennungsmotor
    120
    Motorblock
    125
    Zylinder
    130
    Zylinderkopf
    135
    Nockenwelle
    145
    Kurbelwelle
    140
    Kolben
    145
    Kurbelwelle
    150
    Verbrennungsraum
    155
    Nockenwellenverstellsystem
    160
    Kraftstoffinjektor
    170
    Kraftstoffrohr
    180
    Hochdruckpumpe
    190
    Kraftstoffquelle
    195
    Luftladesystem
    200
    Einlasskrümmer
    205
    Luftansaugleitung
    210
    Einlass
    215
    Ventil
    220
    Auslass
    225
    Auslasskrümmer
    230
    Turbolader mit variabler Geometrie
    240
    Kompressor
    250
    Turbine
    260
    Intercooler
    270
    Abgassystem
    275
    Abgasrohr
    280
    Abgasnachbehandlungsvorrichtung
    290
    VGT-Aktuator
    300
    HP-EGR-Rohr
    310
    HP-EGR-Kühler
    320
    HP-EGR-Ventil
    330
    Einlassventil
    340
    Massenfluss- und Temperatursensor
    350
    Krümmerdruck- und Temperatursensor
    360
    Verbrennungsdrucksensor
    380
    Sensoren für die Kühlflüssigkeits- und Öltemperatur und/oder den zugehörigen Füllstand
    400
    Kraftstoffrohdrucksensor
    410
    Nockenwellenpositionssensor
    420
    Kurbelwellenpositionssensor
    430
    Abgasdruck- und Temperatursensoren
    440
    HP-EGR-Temperatursensor
    445
    Gaspedalpositionssensor
    450
    Elektronisches Steuergerät (ECU)
    460
    Speichersystem
    500
    LP-EGR-Rohr
    510
    LP-EGR-Kühler
    520
    LP-EGR-Ventil
    521
    Ventilelement
    522
    Aktuator
    600
    Block
    605
    Lineare Steuerung
    610
    Lineare Steuerung
    615
    Lineare Steuerung
    620
    Nichtlineares Berechnungsmodul
    625
    Berechnungsmodul
    630
    Berechnungsmodul
    635
    Berechnungsmodul
    640
    Block
    700
    Block
    705
    Lineare Steuerung
    710
    Lineare Steuerung
    715
    Lineare Steuerung
    720
    Lineare Steuerung
    725
    Nichtlineare Steuerung
    730
    Berechnungsmodul
    735
    Berechnungsmodul
    740
    Berechnungsmodul
    745
    Berechnungsmodul
    750
    Block
    800
    Block
    805
    Block
    810
    Block
    815
    Block
    820
    Block
    825
    Block

Claims (7)

  1. Computerprogramm zum Betrieb eines Luftladesystems (195) eines Verbrennungsmotors (110), das einen Programmcode umfasst, der bei Ausführung auf einem Computer folgende Schritte abarbeitet: – Bestimmen eines Werts einer Mehrzahl virtueller Eingänge des Luftladesystems (195), – Berechnen eines Werts einer Mehrzahl von Eingangsparametern des Luftladesystems (195), dabei Anwenden der bestimmten Werte der virtuellen Eingänge auf ein Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetz, das so konfiguriert ist, dass jeder der virtuellen Eingänge in linearer Beziehung mit einem Ausgangsparameter des Luftladesystems (195) und umgekehrt steht, – Verwenden des berechneten Werts jedes der Eingangsparameter zur Bestimmung einer Position eines Aktuators (290, 322, 332, 522) des Luftladesystems (195), – Betätigen jedes Aktuators (290, 322, 332, 522) gemäß der bestimmten Position desselben, wobei der Wert wenigstens eines der virtuellen Eingänge mit folgenden Schritten bestimmt wird: – Bestimmen eines gewünschten Werts eines Eingangsparameters des Luftladesystems (195), – Berechnen des Werts des virtuellen Eingangs und dabei Anwenden des gewünschten Werts des Eingangsparameters und des bestimmten Werts jedes der anderen virtuellen Eingänge auf eine Umkehrfunktion des Feedback-Linearisierungs-Steuerungsgesetzes.
  2. Computerprogramm nach Anspruch 1, wobei der gewünschte Wert des Eingangsparameters mit folgenden Schritten bestimmt wird: – Festlegen einer gewünschten Position eines Aktuators (290, 322, 332, 522) des Luftladesystems (195), – Berechnen des gewünschten Werts des Eingangsparameters als eine Funktion der gewünschten Position des Aktuators (290, 322, 332, 522).
  3. Computerprogramm nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wert jedes der anderen virtuellen Eingänge mit folgenden Schritten bestimmt wird: – Festlegen eines gewünschten Werts des Ausgangsparameters des Luftladesystems (195), der in linearer Beziehung zum virtuellen Eingang steht, – Kontrollieren eines Werts des Ausgangsparameters, – Berechnen einer Differenz zwischen dem kontrollierten Wert und dem gewünschten Wert des Ausgangsparameters, – Berechnen des Werts des virtuellen Eingangs und dabei Anwenden der Differenz auf eine lineare Steuerung.
  4. Computerprogramm nach Anspruch 3, wobei die lineare Steuerung eine proportional-integrative Steuerung oder eine proportional-integrativ-derivative Steuerung ist.
  5. Computerprogrammprodukt, das einen Träger und ein Computerprogramm nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.
  6. Elektromagnetisches Signal, dazu moduliert, eine Sequenz von Datenbits zu tragen, die ein Computerprogramm nach einem der Ansprüche 1–4 darstellen.
  7. Elektronisches Steuergerät (450) für ein Luftladesystem (195) eines Verbrennungsmotors (110), wobei das elektronische Steuergerät dazu konfiguriert ist, ein Computerprogramm nach einem der Ansprüche 1–4 auszuführen.
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