DE102007056738B4

DE102007056738B4 - Drehmomentbasierte Motordrehzahlsteuerung

Info

Publication number: DE102007056738B4
Application number: DE102007056738.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Livshiz; Scott J. Chynoweth; Todd R. Shupe; Christopher E. Whitney
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2027-11-27
Also published as: DE102007056738A1; US20080125951A1; US7463970B2

Abstract

Verfahren zum Erreichen einer Soll-Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors, das umfasst: Bestimmen der Soll-Motordrehzahl; Berechnen eines Wertes für ein langsam ansprechendes Drehmoment anhand der Soll-Motordrehzahl; Berechnen eines Wertes für ein schnell ansprechendes Drehmoment anhand der Soll-Motordrehzahl; Erzeugen eines Befehls für einen langsam ansprechenden Aktor und eines Befehls für einen schnell ansprechenden Aktor anhand des Wertes für das langsam ansprechende Drehmoment bzw. des Wertes für das schnell ansprechende Drehmoment; und Regeln des Betriebs des Motors auf der Grundlage des Befehls für den langsam ansprechenden Aktor und des Befehls für den schnell ansprechenden Aktor, um die Soll-Motordrehzahl zu erreichen; gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: Bestimmen eines minimalen Drehmomentwertes anhand der Soll-Motordrehzahl und eines Getriebeübersetzungsverhältnisses, Bestimmen eines Reservedrehmomentwertes, eines Steuerungs-Drehmomentwertes und eines Proportional-Integral-Drehmomentwertes, wobei der Wert für das langsam ansprechende Drehmoment durch eine Addition des minimalen Drehmomentwertes, des Reservedrehmomentwerts, des Steuerungs-Drehmomentwerts und des Proportional-Integral-Drehmomentwerts berechnet wird; und Bestimmen eines Laufdrehmomentwertes und eines Proportional-Drehmomentwertes, wobei der Wert für das schnell ansprechende Drehmoment durch eine Addition des Laufdrehmomentwerts und des Proportional-Drehmomentwerts sowie durch eine Subtraktion des Reservedrehmomentwerts von der Summe aus dem Laufdrehmomentwert und dem Proportional-Drehmomentwert berechnet wird.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Motoren und insbesondere auf eine drehmomentbasierte Drehzahlsteuerung eines Motors.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verbrennen ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff in Zylindern, um Kolben anzutreiben, was ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Der Luftdurchfluss in den Motor wird über eine Drosselklappe reguliert. Genauer stellt die Drosselklappe eine Drosselklappenfläche ein, die den Luftdurchfluss in den Motor erhöht oder verringert. Wenn die Drosselklappenfläche zunimmt, nimmt der Luftdurchfluss in den Motor zu. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, so ein, dass den Zylindern ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Gemisch bereitgestellt wird. Wie erkennbar ist, erhöht das Vermehren der Luft und des Kraftstoffs für die Zylinder den Drehmomentausgang des Motors.
Es sind Motorsteuersysteme entwickelt worden, die die Motordrehzahlleistung genau steuern, um eine Soll-Motordrehzahl zu erreichen. Herkömmliche Motorsteuersysteme steuern jedoch die Motordrehzahl nicht so genau wie erwünscht. Außerdem sprechen herkömmliche Motorsteuersysteme auf Steuersignale nicht so schnell wie erwünscht an oder koordinieren die Motordrehmomentsteuerung unter verschiedenen Vorrichtungen so, dass der Motordrehmomentausgang beeinträchtigt wird.
Die DE 103 32 231 A1 offenbart ein Verfahren zur Regelung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors, bei welchem ein langsam ansprechender Aktuator und ein schnell ansprechender Aktuator separat anhand eines jeweiligen ermittelten Drehmomentwerts angesteuert werden. Bei dem langsam ansprechenden Aktuator kann es sich um eine Drosselklappenstellvorrichtung handeln, während der schnell ansprechende Aktuator beispielsweise ein Zündzeitpunktversteller ist.
In der DE 10 2005 053 474 A1 ist ein Verfahren zur Drehmomentsteuerung bei einem Verbrennungsmotor offenbart. Im Rahmen der Drehmomentsteuerung wird zum einen die einzustellende Drosselklappenfläche anhand des Krümmerabsolutdrucks und des Luftmassendurchflusses bestimmt. Zum anderen werden ein Nockenphasensteller und ein Abgasrückführungsventil in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und eines „Luft pro Zylinder”-Wertes gesteuert.
Die DE 197 39 567 A1 offenbart ein Drehmomentsteuerverfahren für einen Verbrennungsmotor auf Grundlage zweier unabhängiger Drehmomentsollwerte. Der Füllungsgrad des Motors wird anhand des ersten Drehmomentsollwerts eingestellt, während der Zündwinkel anhand des zweiten Drehmomentsollwerts eingestellt wird.
In der DE 103 45 158 A1 ist ein Verfahren zur Regelung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors offenbart, welches auf der Schätzung eines zur Aufrechterhaltung der Motordrehzahl erforderlichen Basisdrehmoments beruht. Das Basisdrehmoment wird als eine Summe aus einzelnen Last- und Verlustdrehmomentwerten berechnet.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Drehzahlsteuerung von Verbrennungsmotoren weiter zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Steuersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
ZUSAMMENFASSUNG
Daher schafft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Erreichen einer Soll-Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors. Das Verfahren umfasst das Bestimmen der Soll-Motordrehzahl, das Berechnen eines Wertes für ein langsam ansprechendes Drehmoment anhand der Soll-Motordrehzahl und das Berechnen eines Wertes für ein schnell ansprechendes Drehmoment anhand der Soll-Motordrehzahl. Anhand des Wertes für das langsam ansprechende Drehmoment und des Wertes für das schnell ansprechende Drehmoment werden ein Befehl für einen langsam ansprechenden Aktor bzw. ein Befehl für einen schnell ansprechenden Aktor erzeugt. Der Betrieb des Motors wird auf der Grundlage des Befehls für den langsam ansprechenden Aktor und des Befehls für den schnell ansprechenden Aktor geregelt, um die Soll-Motordrehzahl zu erreichen.
Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen eines minimalen Drehmomentwertes anhand der Soll-Motordrehzahl und eines Getriebeübersetzungsverhältnisses. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen eines Reserve- bzw. Überschussdrehmomentwertes, eines Steuerungs-Drehmomentwertes und eines Proportional-Integral-Drehmomentwertes. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen eines Laufdrehmomentwertes und eines Proportional-Drehmomentwertes.
Erfindungsgemäß wird der Wert für das langsam ansprechende Drehmoment durch eine Addition des minimalen Drehmomentwertes, des Reservedrehmomentwerts, des Steuerungs-Drehmomentwerts und des Proportional-Integral-Drehmomentwerts berechnet. Ferner wird der Wert für das schnell ansprechende Drehmoment durch eine Addition des Laufdrehmomentwerts und des Proportional-Drehmomentwerts sowie durch eine Subtraktion des Reservedrehmomentwerts von der Summe aus dem Laufdrehmomentwert und dem Proportional-Drehmomentwert berechnet.
Gemäß weiteren Merkmalen ist der Befehl für den langsam ansprechenden Aktor eine Soll-Drosselklappenfläche. Das Verfahren kann ferner das Bestimmen eines Soll-Luft-pro-Zylinder-(Soll-APC)-Wertes anhand des Wertes für das langsam ansprechende Drehmoment und das Bestimmen der Soll-Drosselklappenfläche anhand der Soll-APC und eines Krümmer-Absolutdrucks bzw. Absolutladedrucks (MAP) des Motors umfassen.
Gemäß weiteren Merkmalen ist der Befehl für den schnell ansprechenden Aktor ein Soll-Zündzeitpunkt. Das Verfahren kann ferner das Bestimmen des Soll-Zündzeitpunktes anhand des Wertes für das schnell ansprechende Drehmoment und einer gemessenen APC des Motors umfassen.
Das Verfahren umfasst gemäß einem weiteren Merkmal ferner das Berechnen eines Motordrehzahlfehlers bzw. einer Motordrehzahlabweichung anhand einer gemessenen Motordrehzahl und der Soll-Motordrehzahl, wobei der Proportional-Integral-Drehmomentwert anhand des Motordrehzahlfehlers bestimmt wird.
Das Verfahren umfasst gemäß einem weiteren Merkmal ferner das Berechnen eines Motordrehzahlfehlers anhand einer gemessenen Motordrehzahl und der Soll-Motordrehzahl, wobei der Proportional-Drehmomentwert anhand des Motordrehzahlfehlers bestimmt wird.
Gemäß einem nochmals weiteren Merkmal umfasst das Verfahren ferner das Begrenzen des Wertes für das langsam ansprechende Drehmoment sowie des Wertes für das schnell ansprechende Drehmoment auf Werte zwischen jeweiligen Minima und Maxima.
Die vorliegende Offenbarung schafft eine drehmomentbasierte Motordrehzahlsteuerung, die die Gesamtflexibilität des Motorsteuersystems erhöht, die Softwareanforderungen zum Implementieren einer solchen Steuerung vereinfacht und einen automatisierten Kalibrierungsprozess bereitstellt. In dieser Weise können die Gesamtkosten der Implementierung und Entwicklung für ein Motorsystem gesenkt werden.
Weitere Vorteile und Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden aus der im Folgenden gegebenen genauen Beschreibung deutlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird umfassender verständlich aus der genauen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen; in diesen zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Motorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 einen Ablaufplan, der Schritte zeigt, die von der drehmomentbasierten Motordrehzahlsteuerung der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden; und
3 einen Blockschaltplan, der Module zeigt, die die drehmomentbasierte Motordrehzahlsteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung ausführen.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft, wobei keineswegs beabsichtigt ist, die Offenbarung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen zu beschränken. Der Klarheit wegen werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen zur Kennzeichnung von gleichartigen Elementen benutzt. Der Begriff Modul, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, eigens zugewiesen oder für eine Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Punktionalität verschaffen.
In 1 umfasst ein Motorsystem 10 einen Motor 12, der ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Durch eine Drosselklappe 16 wird Luft in einen Einlasskrümmer 14 angesaugt. Die Drosselklappe 16 reguliert den Massen-Luftdurchfluss in den Einlasskrümmer 14. Die Luft in dem Einlasskrümmer 14 wird in Zylinder 18 verteilt. Obwohl ein einziger Zylinder 18 gezeigt ist, kann das System für koordinierte Drehmomentsteuerung der vorliegenden Erfindung wohlgemerkt in Motoren implementiert sein, die mehrere Zylinder einschließlich, jedoch nicht darauf begrenzt, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und 12 Zylinder enthalten.
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (nicht gezeigt) spritzt Kraftstoff ein, der mit der Luft, wenn sie durch einen Ansaug- bzw. Einlasskanal in den Zylinder 18 angesaugt wird, vereinigt wird. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann eine Einspritzvorrichtung sein, die einem elektronischen oder mechanischen Kraftstoffeinspritzsystem 20, einer Düse oder einem Schlitz eines Vergasers oder einem anderen System zum Vermischen von Kraftstoff mit Einlassluft zugeordnet ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird so gesteuert, dass sie ein Soll-Luft/Kraftstoff-(L/K)-Verhältnis in jedem Zylinder 18 bereitstellt.
Ein Einlassventil 22 öffnet und schließt sich wahlweise, um den Eintritt des Luft/Kraftstoff-Gemischs in den Zylinder 18 zu ermöglichen. Die Einlassventilstellung wird durch eine Einlassnockenwelle 24 reguliert. Ein Kolben (nicht gezeigt) komprimiert das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 18. Eine Zündkerze 26 löst die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs aus, was den Kolben in dem Zylinder 18 antreibt. Der Kolben treibt seinerseits eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) an, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Verbrennungsabgas in dem Zylinder 18 wird aus einem Auslasskanal gezwungen, wenn sich ein Auslassventil 28 in einer geöffneten Stellung befindet. Die Auslassventilstellung wird durch eine Auslassnockenwelle 30 reguliert. Das Abgas wird in einem Abgassystem behandelt und an die Umgebung abgegeben. Obwohl ein einziges Einlassventil 22 und ein einziges Auslassventil 28 gezeigt sind, kann der Motor 12 wohlgemerkt mehrere Einlass- und Auslassventile 22, 28 pro Zylinder 18 aufweisen.
Das Motorsystem 10 kann einen Einlass-Nockenphasensteller 32 und einen Auslass-Nockenphasensteller 34 umfassen, die die rotatorische Steuerung der Einlass- bzw. Auslassnockenwellen 24, 30 regulieren. Genauer kann das Timing oder der Phasenwinkel der Einlass- und Auslassnockenwellen 24, 30 zueinander oder in Bezug auf einen Ort des Kolbens in dem Zylinder 18 oder die Kurbelwellenstellung verzögert oder vorverlegt werden. In dieser Weise kann die Stellung der Einlass- und Auslassventile 22, 28 zueinander oder in Bezug auf einen Ort des Kolbens in dem Zylinder 18 reguliert werden. Durch Regulieren der Stellung des Einlassventils 22 und des Auslassventils 28 wird die in den Zylinder 18 aufgenommene Luft/Kraftstoff-Gemischmenge und daher das Motordrehmoment reguliert.
Das Motorsystem 10 kann außerdem ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) 36 umfassen. Das AGR-System 36 umfasst ein AGR-Ventil 38, das den Abgasdurchfluss zurück in den Einlasskrümmer 14 reguliert. Das AGR-System ist im Allgemeinen implementiert, um Emissionen zu regulieren. Jedoch kann die Abluftmasse, die in den Einlasskrümmer 14 zurückgeführt wird, auch den Motordrehmomentausgang negativ beeinflussen.
Ein Steuermodul 40 betreibt den Motor auf der Grundlage der drehmomentbasierten Motordrehzahlsteuerung der vorliegenden Offenbarung. Genauer erzeugt das Steuermodul 40 anhand einer Soll-Motordrehzahl (RPM_DES) ein Drosselldappensteuersignal und ein Zündzeitpunktverstellungssteuersignal. Von einem Drosselklappenstellungssensor (TPS) 42 wird ein Drosselklappenstellungssignal erzeugt. Eine Bedienereingabe 43 wie etwa ein Fahrpedal erzeugt ein Bedienereingabesignal. Das Steuermodul 40 befiehlt die Drosselklappe 16 in eine statische bzw. stationäre Stellung, um eine Soll-Drosselklappenfläche (A_THRDES) zu erreichen, und befiehlt den Zündzeitpunkt, um einen Soll-Zündzeitpunkt (S_DES) zu erreichen. Ein Drosselklappenstellglied bzw. Drosselklappenaktor (nicht gezeigt) stellt die Drosselklappenstellung anhand des Drosselklappensteuersignals ein.
Ein Einlasslufttemperatur-(IAT)-Sensor 44 spricht auf eine Temperatur des Einlassluftstroms an und erzeugt ein Einlasslufttemperatur-(IAT)-Signal. Ein Massen-Luftdurchfluss-(MAF)-Sensor 46 spricht auf die Masse des Einlassluftstroms an und erzeugt ein MAF-Signal. Ein Krümmer-Absolutdruck- bzw. Absolutladedruck-(MAP)-Sensor 48 spricht auf den Druck in dem Einlasskrümmer 14 an und erzeugt ein MAP-Signal. Ein Motorkühlmitteltemperatursensor 50 spricht auf eine Kühlmitteltemperatur an und erzeugt ein Motortemperatursignal. Ein Motordrehzahlsensor 52 spricht auf eine Umdrehungsgeschwindigkeit, d. h. eine Drehzahl (RPM), des Motors 12 an und erzeugt ein Motordrehzahlsignal. Jedes der von den Sensoren erzeugten Signale wird von dem Steuermodul 40 empfangen. Das Motorsystem 10 kann außerdem einen Turbo oder Lader 54 umfassen, der durch den Motor 12 oder Motorabgas angetrieben wird.
Die drehmomentbasierte Motordrehzahlsteuerung der vorliegenden Offenbarung erreicht RPM_DES anhand von A_THRDES und S_DES. Genauer reguliert bzw. regelt die drehmomentbasierte Motordrehzahlsteuerung Übergänge zwischen der Motordrehzahl- und Motordrehmomentsteuerung und der Motordrehzahlsteuerung. Wie weiter unten näher erläutert wird, wird dies durch Anwendung der Drehmomentregelung, um einen Motordrehzahlbefehl in verschiedene Motoraktor- bzw. Motorstellgliedbefehle, die den Zündzeitpunkt (S), die Drosselklappenstellung (A_THR) und Nockenstellerpositionen umfassen, jedoch nicht darauf begrenzt sind, zu transformieren, erreicht. Dies wird ferner durch Anwendung einer Drehzahlrückkopplung, um im Schiebebetrieb RPM_DES aufrechtzuerhalten, durch Übergang zu Motordrehzahlsteuerungs- und Leerlaufdrehzahlsteuerungsbedingungen sowie durch Berechnen eines minimalen Drehmoments (T_MIN), das zum Aufrechterhalten von RPM_DES erforderlich ist, erreicht.
Die drehmomentbasierte Motordrehzahlsteuerung bestimmt einen Wert für ein langsam ansprechendes Drehmoment (T_REQSL) und einen Wert für ein schnell ansprechendes Drehmoment (T_REQFS). T_REQSL wird anhand der folgenden Beziehung bestimmt: T_REQSL = T_RES + T_FF + T_MIN + T_PI, (1) wobei:

T_RES: ein Reservedrehmoment ist;
T_FF: ein Steuerungs-Drehmoment ist;
T_MIN: das zum Aufrechterhalten von RPM_DES erforderliche minimale Drehmoment ist; und
T_PI: Proportional-Integral-Drehmomentausdruck ist.

T_RES ist ein zusätzlicher Drehmomentbetrag, der aufgenommen wird, um unbekannte Lasten, die den Motor plötzlich belasten können, zu kompensieren. T_FF ist ein Steuerungs-Drehmomentbetrag, der den als Folge eines Getriebe- bzw. Fahrbereichswechsels (z. B. eines Wechsels von Neutral (N) zu Drive (D)) erforderlichen zusätzlichen Betrag angibt. T_PI wird gemäß der folgenden Beziehung bestimmt: T_PI = k_P·RPM_ERR + k_I·∫RPM_ERR, (2) wobei:

RPM_ERR: ein Drehzahlfehler bzw. eine Drehzahlabweichung ist;
k_P: eine Proportionalkonstante ist; und
k_I: eine Integralkonstante ist.

RPM_ERR ist als Differenz zwischen RPM_DES und einer durch den Motordrehzahlsensor 52 gemessenen Ist-Drehzahl (RPM_ACT) festgelegt. T_REQSL wird auf der Grundlage der folgenden Beziehung auf Werte zwischen einem Maximum und einem Minimum begrenzt:
T_REQSL wird verwendet, um unter Verwendung eines inversen Drehmomentmoduls einen Ausdruck für langsames Ansprechen zu bestimmen. Genauer wird ein Soll-Luft-pro-Zylinder-(APC_DES)-Wert bestimmt, indem T_REQSL durch das inverse Drehmomentmodell verarbeitet wird, das durch die folgende Beziehung wiedergegeben wird: APC_DES = T^–1(T_REQSL, S_UM‚ I, E, RPM), (4) wobei:

S_UM: ein Ausdruck für einen unkontrollierten Zündzeitpunkt ist;
I: der Einlassnocken-Phasenwinkel ist; und
E: der Auslassnocken-Phasenwinkel ist.

Um die Stabilität der Steuerung zu verbessern, wird APC_DES durch ein Tiefpassfilter gefiltert, um ein gefiltertes APC_DES bereitzustellen.
Das gefilterte APC_DES wird unter Verwendung eines komprimierten Flussmodells (CF-Modells) verarbeitet, um eine Soll-Drosselklappenfläche (A_THRDES) bereitzustellen. Genauer wird anhand der folgenden Beziehung ein Soll-Massenluftdurchfluss (MAF_DES) bestimmt:
wobei k_CYL eine Zylinderkonstante ist. Beispielsweise beträgt k_CYL 15 für einen 8-Zylindermotor, 20 für einen 6-Zylindermotor und 15 für einen 4-Zylindermotor. A_THRDES wird anhand der folgenden Beziehung bestimmt:
wobei B der gemessene barometrische Druck ist, T_AMB die Umgebungslufttemperatur ist und Φ auf einem Druckverhältnis (P_R) gemäß den folgenden Beziehungen basiert:
P_R ist das Verhältnis von MAP zu dem Umgebungsdruck (P_AMB) und P_CRITICAL. P_CRITICAL ist als Druckverhältnis, bei dem die Geschwindigkeit der durch die Drosselklappe strömenden Luft gleich der Schallgeschwindigkeit ist, definiert. Dieser Zustand wird gedrosselter oder kritischer Durchfluss genannt. Das kritische Druckverhältnis ist festgelegt durch:
wobei γ gleich dem Verhältnis von spezifischen Wärmekapazitäten für Luft ist und im Bereich von etwa 1,3 bis etwa 1,4 liegt.
Die drehmomentbasierte Motordrehzahlsteuerung bestimmt T_REQFS anhand der folgenden Beziehung: T_REQFS = T_RUN – T_RES + T_P, (9) wobei:

T_RUN: ein Laufdrehmomentwert ist; und
T_P: ein Proportional-Drehmomentwert ist.

T_RUN wird anhand der folgenden Beziehung bestimmt: T_RUN = f(APC_ACT, RPM, S_UM, I, E), (10) wobei APC_ACT der Ist-Luft-pro-Zylinder-Wert ist und anhand des MAF-Signals bestimmt wird. T_P wird anhand der folgenden Beziehung bestimmt: T_P = k_FP·RPM_ERR (11) wobei k_FP eine Proportionalkonstante für den Schnellausdruck ist. T_REQFS wird anhand der folgenden Beziehungen auf Werte zwischen einem Maximum und einem Minimum begrenzt:
Der Soll-Zündzeitpunkt (S_DES) wird anhand der folgenden Beziehung bestimmt: S_DES = T –1 / s(T_REQFS, APC_ACT(FILT), R, I, S), (13) wobei APC_DES durch ein Tiefpassfilter gefiltert wird, um ein gefiltertes APC_DES(FILT) bereitzustellen. In dieser Weise wird die Stabilität der Steuerung verbessert. S_DES wird anhand der folgenden Beziehungen begrenzt:
Die drehmomentbasierte Motordrehzahlsteuerung regelt anschließend den Motorbetrieb auf der Grundlage von A_THRDES und S_DES, um RPM_DES zu erreichen.
Mit Bezug auf 2 werden nun beispielhafte Schritte, die von der drehmomentbasierten Motordrehzahlsteuerung ausgeführt werden, im Einzelnen beschrieben. Im Schritt 200 ermittelt die Steuerung, ob der Motor eingeschaltet ist (d. h. läuft). Wenn der Motor nicht eingeschaltet ist, endet die Steuerung. Wenn der Motor eingeschaltet ist, erzeugt die Steuerung im Schritt 202 RPM_DES. Im Schritt 204 bestimmt die Steuerung T_REQSL und T_REQFS anhand von RPM_DES, wie oben im Einzelnen beschrieben worden ist. Im Schritt 206 wird A_THRDES anhand von T_REQSL bestimmt, wie oben im Einzelnen beschrieben worden ist. Im Schritt 208 bestimmt die Steuerung S_DES anhand von T_REQFS, wie oben im Einzelnen beschrieben worden ist. Die Steuerung arbeitet auf der Grundlage von A_THRDES und S_DES, um im Schritt 210 RPM_DES zu erreichen, worauf die Steuerung in einer Schleife zum Schritt 200 zurückkehrt.
Mit Bezug auf 3 werden nun beispielhafte Module, die die drehmomentbasierte Motordrehzahlsteuerung ausführen, im Einzelnen beschrieben. Die beispielhaften Module umfassen ein RPM_DES-Modul 300, ein T_MIN-Modul 302, ein Proportional-Integral-(PI)-Modul 304, ein Proportional-(P)-Modul 306, Begrenzungsmodule 308a, 308b, 308c, Module 310a, 310b für inverses Drehmomentmodell (ITM), Tiefpassfilter-(LPF)-Module 312a, 312b, ein komprimiertes Flussmodul (CF-Modul) 314 und ein Motorsteuermodul (ECM) 316.
Das RPM_DES-Modul 300 erzeugt RPM_DES anhand eines Drehzahlsteuerungs-Standardblocks, der in dem an den Rechtsinhaber der vorliegenden Erfindung übertragenen US-Patent Nr. 6,405,587 B1 , erteilt am 18. Juni 2002, mit dem Titel System and Method of Controlling the Coastdown of a Vehicle, dessen Offenbarungsgehalt hier ausdrücklich durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist, im Einzelnen beschrieben ist. RPM_DES wird an das T_MIN-Modul 302 und ein Summierermodul 318 ausgegeben. Das T_MIN-Modul 302 bestimmt T_MIN beispielsweise in einer Verweistabelle anhand von RPM_DES und eines momentanen Getriebeübersetzungsverhältnisses. T_MIN wird an ein Summierermodul 320 ausgegeben.
Das Summierermodul 318 bestimmt einem Drehzahlfehler (RPM_ERR) als Differenz zwischen RPM_DES und einer Ist-Drehzahl (RPM_ACT). RPM_ACT wird mittels des Motordrehzahlsensors 52 bestimmt. RPM_ERR wird an das PI-Modul 304 und das P-Modul 306 ausgegeben. Das PI-Modul 304 bestimmt T_PI, während das P-Modul T_P bestimmt, wie oben beschrieben worden ist. T_PI wird an das Summierermodul 320 ausgegeben, während T_P an ein Summierermodul 322 ausgegeben wird. Ein Summierermodul 324 bestimmt ein Basisdrehmoment (T_BASE) als Differenz zwischen einem ungemanagt gefilterten Drehmoment (T_UMF) und T_RES. T_BASE wird an das Summierermodul 322 ausgegeben.
Das Summierermodul 320 bestimmt T_REQSL als Summe aus T_RES, T_FF, T_MIN und T_PI. T_REQSL wird an das Begrenzungsmodul 308a ausgegeben, das T_REQSL auf einen Wert zwischen einem Minimum und einem Maximum begrenzt, wie oben im Einzelnen beschrieben worden ist. Das begrenzte T_REQSL wird an das ITM-Modul 310a ausgegeben, das APC_DES anhand von T_REQSL, S_UM und weiteren Parametern bestimmt, wie oben im Einzelnen beschrieben worden ist. APC_DES wird in dem LPF-Modul 312a gefiltert und an das CF-Modul 314 ausgegeben. Das CF-Modul 314 bestimmt A_THRDES anhand des gefilterten APC_DES und anhand von MAP, wie oben beschrieben worden ist. A_THRDES wird an das ECM 316 ausgegeben.
Das Summierermodul 322 bestimmt T_REQFS als Summe aus T_P und T_ERR. T_REQFS wird an das Begrenzungsmodul 308b ausgegeben. Das Begrenzungsmodul 308b begrenzt T_REQFS auf einen Wert zwischen einem Minimum und einem Maximum, wie oben im Einzelnen beschrieben worden ist. Das LPF-Modul 312b filtert APC_ACT und gibt das gefilterte APC_ACT an das ITM-Modul 310b aus, Das begrenzte T_REQFS wird an das ITM-Modul 310b ausgegeben, das S_DES anhand von T_REQFS, des gefilterten APC_ACT und weiteren Parametern bestimmt, wie oben besprochen worden ist. Das Begrenzungsmodul 308c begrenzt S_DES auf einen Wert zwischen einem Minimum und einem Maximum, wie oben im Einzelnen beschrieben worden ist. Das begrenzte S_DES wird an das ECM 316 ausgegeben. Das ECM 316 erzeugt Steuersignale anhand von A_THRDES und S_DES, um RPM_DES zu erreichen.
Die drehmomentbasierte Motordrehzahlsteuerung der vorliegenden Offenbarung verbessert die Gesamtflexibilität des Motorsteuersystems, vereinfacht die Softwareanforderungen für das Implementieren einer solchen Steuerung und stellt einen automatisierten Kalibrierungsprozess bereit. In dieser Weise können die Gesamtkosten der Implementierung und Entwicklung für ein Motorsystem gesenkt werden.

Claims

Verfahren zum Erreichen einer Soll-Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors, das umfasst: Bestimmen der Soll-Motordrehzahl; Berechnen eines Wertes für ein langsam ansprechendes Drehmoment anhand der Soll-Motordrehzahl; Berechnen eines Wertes für ein schnell ansprechendes Drehmoment anhand der Soll-Motordrehzahl; Erzeugen eines Befehls für einen langsam ansprechenden Aktor und eines Befehls für einen schnell ansprechenden Aktor anhand des Wertes für das langsam ansprechende Drehmoment bzw. des Wertes für das schnell ansprechende Drehmoment; und Regeln des Betriebs des Motors auf der Grundlage des Befehls für den langsam ansprechenden Aktor und des Befehls für den schnell ansprechenden Aktor, um die Soll-Motordrehzahl zu erreichen; gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: Bestimmen eines minimalen Drehmomentwertes anhand der Soll-Motordrehzahl und eines Getriebeübersetzungsverhältnisses, Bestimmen eines Reservedrehmomentwertes, eines Steuerungs-Drehmomentwertes und eines Proportional-Integral-Drehmomentwertes, wobei der Wert für das langsam ansprechende Drehmoment durch eine Addition des minimalen Drehmomentwertes, des Reservedrehmomentwerts, des Steuerungs-Drehmomentwerts und des Proportional-Integral-Drehmomentwerts berechnet wird; und Bestimmen eines Laufdrehmomentwertes und eines Proportional-Drehmomentwertes, wobei der Wert für das schnell ansprechende Drehmoment durch eine Addition des Laufdrehmomentwerts und des Proportional-Drehmomentwerts sowie durch eine Subtraktion des Reservedrehmomentwerts von der Summe aus dem Laufdrehmomentwert und dem Proportional-Drehmomentwert berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Befehl für den langsam ansprechenden Aktor eine Soll-Drosselklappenfläche ist.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst: Bestimmen eines Soll-Luft-pro-Zylinder-(Soll-APC)-Wertes anhand des Wertes für das langsam ansprechende Drehmoment; und Bestimmen der Soll-Drosselklappenfläche anhand der Soll-APC und eines Krümmer-Absolutdrucks bzw. Absolutladedrucks (MAP) des Motors.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Befehl für den schnell ansprechenden Aktor ein Soll-Zündzeitpunkt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner das Bestimmen des Soll-Zündzeitpunktes anhand des Wertes für das schnell ansprechende Drehmoment und einer gemessenen APC des Motors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Berechnen eines Motordrehzahlfehlers bzw. einer Motordrehzahlabweichung anhand einer gemessenen Motordrehzahl und der Soll-Motordrehzahl umfasst, wobei anhand des Motordrehzahlfehlers der Proportional-Integral-Drehmomentwert bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Berechnen eines Motordrehzahlfehlers anhand einer gemessenen Motordrehzahl und der Soll-Motordrehzahl umfasst, wobei anhand des Motordrehzahlfehlers der Proportional-Drehmomentwert bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Begrenzen des Wertes für das langsam ansprechende Drehmoment sowie des Wertes für das schnell ansprechende Drehmoment auf Werte zwischen jeweiligen Minima und Maxima umfasst.
Steuersystem zum Erreichen einer Soll-Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors, das umfasst: ein erstes Modul, das die Soll-Motordrehzahl bestimmt; ein zweites Modul, das anhand der Soll-Motordrehzahl einen Wert für ein langsam ansprechendes Drehmoment bestimmt; ein drittes Modul, das anhand der Soll-Motordrehzahl einen Wert für ein schnell ansprechendes Drehmoment bestimmt; ein viertes Modul, das anhand des Wertes für das langsam ansprechende Drehmoment und des Wertes für das schnell ansprechende Drehmoment einen Befehl für einen langsam ansprechenden Aktor bzw. einen Befehl für einen schnell ansprechenden Aktor erzeugt; und ein fünftes Modul, das auf der Grundlage des Befehls für den langsam ansprechenden Aktor und des Befehls für den schnell ansprechenden Aktor den Betrieb des Motors regelt, um die Soll-Motordrehzahl zu erreichen; dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem ferner ein sechstes Modul umfasst, das anhand der Soll-Motordrehzahl und eines Getriebeübersetzungsverhältnisses einen minimalen Drehmomentwert bestimmt, wobei das Steuersystem ferner dazu ausgebildet ist, einen Reservedrehmomentwert, einen Steuerungs-Drehmomentwert und einen Proportional-Integral-Drehmomentwert zu bestimmen und den Wert für das langsam ansprechende Drehmoment durch eine Addition des minimalen Drehmomentwertes, des Reservedrehmomentwertes, des Steuerungs-Drehmomentwertes und des Proportional-Integral-Drehmomentwertes zu berechnen, und wobei das Steuersystem ferner dazu ausgebildet ist, einen Laufdreh momentwert und einen Proportional-Drehmomentwert zu bestimmen und den Wert für das schnell ansprechende Drehmoment durch eine Addition des Laufdrehmomentwertes und des Proportional-Drehmomentwertes sowie durch eine Subtraktion des Reservedrehmomentwertes von der Summe aus dem Laufdrehmomentwert und dem Proportional-Drehmomentwert zu berechnen.
Steuersystem nach Anspruch 9, bei dem der Befehl für den langsam ansprechenden Aktor eine Soll-Drosselklappenfläche ist.
Steuersystem nach Anspruch 10, wobei das sechste Modul anhand des Wertes für das langsam ansprechende Drehmoment einen Soll-Luft-pro-Zylinder-(Soll-APC)-Wert bestimmt, wobei das vierte Modul anhand der Soll-APC und eines Krümmer-Absolutdrucks bzw. Absolutladedrucks (MAP) des Motors die Soll-Drosselklappenfläche bestimmt.
Steuersystem nach Anspruch 9, bei dem der Befehl für den schnell ansprechenden Aktor ein Soll-Zündzeitpunkt ist.
Steuersystem nach Anspruch 12, wobei das sechste Modul den Soll-Zündzeitpunkt anhand des Wertes für das schnell ansprechende Drehmoment und einer gemessenen APC des Motors bestimmt.
Steuersystem nach Anspruch 9, das ferner ein siebtes Modul umfasst, das anhand einer gemessenen Motordrehzahl und der Soll-Motordrehzahl einen Motordrehzahlfehler bzw. eine Motordrehzahlabweichung berechnet, wobei anhand des Motordrehzahlfehlers der Proportional-Integral-Drehmomentwert bestimmt wird.
Steuersystem nach Anspruch 9, wobei das sechste Modul anhand einer gemessenen Motordrehzahl und der Soll-Motordrehzahl einen Motordrehzahlfehler berechnet, wobei anhand des Motordrehzahlfehlers der Proportional-Drehmomentwert bestimmt wird.
Steuersystem nach Anspruch 9, das ferner Begrenzungsmodule umfasst, die den Wert für das langsam ansprechende Drehmoment sowie den Wert für das schnell ansprechende Drehmoment auf Werte zwischen jeweiligen Minima und Maxima begrenzen.