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DE102008043127A1 - Verfahren, Computerprogramm, Steuer- und Regelgerät zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren, Computerprogramm, Steuer- und Regelgerät zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine Download PDF

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DE102008043127A1
DE102008043127A1 DE200810043127 DE102008043127A DE102008043127A1 DE 102008043127 A1 DE102008043127 A1 DE 102008043127A1 DE 200810043127 DE200810043127 DE 200810043127 DE 102008043127 A DE102008043127 A DE 102008043127A DE 102008043127 A1 DE102008043127 A1 DE 102008043127A1
Authority
DE
Germany
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fuel
electric
fuel pump
combustion engine
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200810043127
Other languages
English (en)
Inventor
Erik Hahmann
Marko Lorenz
Matthias Bitzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE200810043127 priority Critical patent/DE102008043127A1/de
Publication of DE102008043127A1 publication Critical patent/DE102008043127A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
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Abstract

Es wird ein Kraftstoffversorgungssystem für Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, bei dem die Einstellung des Drucks (psoll) in einer Kraftstoffleitung (16) mittels einer dynamischen Vorsteuerung erfolgt. Dadurch ist es möglich, verzögerungsfrei, auch bei hochdynamischen Fahrzuständen, den Druck (psoll) in einer Kraftstoffleitung (16) bedarfsgerecht einzustellen. Verbleibende Abweichungen des Ist-Drucks vom Solldruck werden durch einen entsprechenden Regler kompensiert. Da ein Großteil, nämlich in aller Regel über 90% der Stellenergie, bereits durch die Vorsteuerung (36) aufgebracht werden kann, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren insgesamt schnell auf hochdynamische Kraftstoffbedarfssituationen reagiert werden.

Description

  • Stand der Technik
  • Aus der DE 101 58 950 C2 ist ein Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der der Kraftstoffdruck auf der Förderseite einer elektrischen Kraftstoffpumpe durch einen Sensor ermittelt wird. In Abhängigkeit der Ausgangssignale des Drucksensors wird die Förderleistung der elektrischen Kraftstoffpumpe geregelt.
  • Wie bei allen Regelungen, so kann auch diese aus dem Stand der Technik bekannte Regelung strukturbedingt erst auf bereits aufgetretene Abweichungen des Drucks von einem Sollwert reagieren. Dies ist insbesondere bei hochdynamischen Fahrsituationen nachteilig.
  • Um diesen Nachteilen zu begegnen, ist es bekannt, Vorsteuerungen einzusetzen, die auf stationären Übertragungsfaktoren, Kennlinien oder Kennfeldern basieren. Diese Vorsteuerungen nutzen Informationen über das dynamische Verhalten des Kraftstoffversorgungssystems nicht oder nur unzureichend und liefern infolgedessen eine suboptimale Dynamikqualität des vorgesteuerten Drucks. Um dieses Defizit mindestens teilweise zu kompensieren, ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorsteuerungen ein hoher Applikationsaufwand zur Anpassung an verschiedene Fahrsituationen und Betriebszustände erforderlich.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Güte der Druckregelung auf der Förderseite der elektrischen Kraftstoffpumpe eines Kraftstoffversorgungssystems, insbesondere bei hochdynamischen Betriebszustandsänderungen, zu verbessern und dadurch Fahrbarkeit und Betriebsverhalten einer mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystem ausgerüsteten und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Brennkraftmaschine zu verbessern. Außerdem soll der Applikationsaufwand verringert werden.
  • Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch die erfindungsgemäße Vorsteuerung kann das dynamische Verhalten des Kraftstoffversorgungssystems bei der Vorsteuerung des gewünschten Arbeitspunktes berücksichtigt werden, so dass die Regelgüte deutlich verbessert wird.
  • Die erfindungsgemäße dynamische Vorsteuerung wird vorteilhafterweise in einer sogenannten 2-Freiheitsgradstuktur mit einer Regelung kombiniert. Dabei wird die Vorsteuerung für das Führungsverhalten, das heißt für den zeitlichen Verlauf des Solldrucks, verwendet und die Regelung übernimmt die Kompensation von aus Modellfehlern und Störungen resultierenden Abweichungen des Ist-Drucks pIst vom vorgegeben Soll-Druck pSoll. Durch die erfindungsgemäße 2-Freiheitsgradstruktur kann ein sehr gutes Führungsverhalten realisiert werden. Trotzdem kann die physikalische Modellierung des Kraftstoffversorgungssystems vergleichsweise einfach gehalten werden, da die verbleibenden Modellfehler von der Regelung kompensiert werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, aus einem inversen hydraulischen Modell des Kraftstoffversorgungssystems der Brennkraftmaschine und aus geplanten Sollverläufen von Kraftstoffdruck und Einspritzmenge eine Solldrehzahl für die elektrische Kraftstoffpumpe zu bilden.
  • Ausgehend von dieser Solldrehzahl und dem von der Vorsteuerung ermittelten Solldruck kann die Ansteuerung, insbesondere die Ansteuerspannung, der elektrischen Kraftstoffpumpe ermittelt werden. Dadurch ist es möglich, die elektrische Kraftstoffpumpe verzögerungsfrei anzusteuern, was zu der hohen Regelgüte des erfindungsgemäßen Verfahrens beiträgt.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der in der Kraftstoffleitung herrschende Druck mit Hilfe eines modellbasierten Schätzalgorithmus', insbesondere einem Zustandsbeobachter oder einem Kalman-Filter, ermittelt. Dadurch kann ein Drucksensor in der Kraftstoffleitung entfallen, ohne dass die Regelgüte der Druckregelung abnimmt.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der in der Kraftstoffleitung herrschende Druck in Abhängigkeit der Stromaufnahme und/oder der Leistungsaufnahme und/oder der Drehzahl der elektrischen Kraftstoffpumpe ermittelt wird.
  • Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn der Schätzalgorithmus einen Simulatorteil und einen Korrekturterm umfasst. Der Simulatorteil beinhaltet ein dynamisches physikalisches Modell des Kraftstoffversorgungssystem und wird als messdatengetriebener Online-Simulator verwendet. Zur Kompensation von Modellunsicherheiten und Modellungenauigkeiten wird diesem ein Korrekturterm in Analogie zu der Rückführung einer Regelung aufgeschaltet, um die durch den Simulator geschätzten Größen so zu korrigieren, dass sie gegen die entsprechenden physikalischen Werte konvergieren. Durch diese Auftrennung des Schätzalgorithmus' ist es möglich, die Simulation der in dem Kraftstoffversorgungssystem ablaufenden physikalischen Vorgänge einfacher zu gestalten, da die aufgrund der Vereinfachungen auftretenden Fehler durch den Korrekturterm umgehend wieder kompensiert werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter verbessert werden, wenn die Vorsteuerung mit einer Parameterschätzung kombiniert wird, um die Parameter der in den Algorithmen enthaltenen Modelle in Abhängigkeit des aktuellen Arbeitspunkts und Betriebszustands online zu adaptieren und damit die jeweilige Genauigkeit zu verbessern.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
  • Zeichnung
  • Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Brennkraftmaschine,
  • 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Druckregelung mit dynamischer Vorsteuerung,
  • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Drucksensor,
  • 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Beobachter und
  • 5, 6: Blockschaltbilder des Beobachters.
  • In 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 stark vereinfacht dargestellt. Das Kraftstoffversorgungssystem der Brennkraftmaschine 10 umfasst einen Kraftstofftank 12, eine elektrische Kraftstoffpumpe 14, eine Kraftstoffleitung 16 und Einspritzventile 20.
  • Die elektrische Kraftstoffpumpe 14 stellt einen Druck pKraftstoff in der Kraftstoffleitung 16 bereit und fördert über die Kraftstoffleitung 16 Kraftstoff zu den Einspritzventilen 20. Die Einspritzventile 20 spritzen Kraftstoff in ein Saugrohr 22 der Brennkraftmaschine 10 ein. Die in dem Saugrohr 22 angedeutete Drosselklappe ist ohne Bezugszeichen dargestellt.
  • Bei der in 1 dargestellten Brennkraftmaschine 10 handelt es sich um eine nach dem Otto-Verfahren arbeitende Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung. Der von der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 bereitgestellte Kraftstoff und der zugehörige Druck pKraftstoff in der Kraftstoffleitung 16 entsprechen bei diesem Ausführungsbeispiel dem Einspritzdruck der Einspritzventile 20.
  • Wenn es sich um eine Brennkraftmaschine 10 mit Benzindirekteinspritzung handelt, ist zwischen der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 und den Einspritzventilen noch eine Hochdruckpumpe vorhanden. Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft dann die Regelung des Drucks in der Kraftstoffleitung 16 auf der Saugseite der nicht dargestellten Hochdruckpumpe beziehungsweise der Förderseite der elektrischen Kraftstoffpumpe 14.
  • Entsprechendes gilt für Brennkraftmaschinen, die nach dem Dieselverfahren arbeiten, die ebenfalls Vorförderpumpe und eine Hochdruckpumpe aufweisen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist ebenfalls anwendbar in Kraftstoffversorgungssystemen mit alternativen Kraftstoffen, wie zum Beispiel Ethanol, verflüssigtem Erdgas (CNG) und anderen Kraftstoffen oder Kraftstoffgemischen.
  • Ein Steuer- und Regelgerät 18 der Brennkraftmaschine 10 ist über Signalleitungen (ohne Bezugszeichen) mit den Einspritzventilen 20 verbunden und steuert diese so an, dass eine dem Drehmomentwunsch des Fahrers entsprechende Kraftstoffmenge qPOI eingespritzt wird. Die elektrische Kraftstoffpumpe 14 ist ebenfalls über elektrische Leitungen (ohne Bezugszeichen) mit dem Steuer- und Regelgerät 18 verbunden. Über diese Leitungen erhält das Steuer- und Regelgerät 18 Informationen über die Stromaufnahme beziehungsweise die Leistungsaufnahme der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 und die Drehzahl nIst der elektrischen Kraftstoffpumpe 14. Andererseits erfolgt über diese Leitungen auch die erfindungsgemäße Ansteuerung der elektrischen Kraftstoffpumpe 14.
  • In 2 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen dynamischen Vorsteuerung dargestellt.
  • Das Steuer- und Regelgerät 18 gibt zeitabhängige Führungsgrößen qPOI,w(t) für die einzuspritzende Kraftstoffmenge und pw(t) für den Kraftstoffdruck aus.
  • Die zeitabhängigen Führungsgrößen qPOI,w(t) und pw(t) werden auf der Basis der aktuellen Fahrsituation ermittelt und sind Eingangsgrößen für eine Trajektoriengenerierung 34. In der Trajektoriengenerierung 34 werden entsprechende Zeitverläufe der Sollwerte qPOI(t) und pSoll(t) berechnet. Das Stellsignal wird unter Berücksichtigung der Systemdynamik durch Verwendung eines inversen Modells –1 der Regelstrecke ermittelt.
  • Im Allgemeinen werden die Trajektorien mit Hilfe von Zustandsvariablenfiltern ermittelt, da diese zusätzlich die zeitlichen Ableitungen der Führungsgrößen qPOI,w und pw bereitstellen (siehe dazu auch: Wolfram, A. und Vogt, M.: Zeitdiskrete Filteralgorithmen zur Erzeugung zeitlicher Ableitungen. Automatisierungstechnik 50, 2002). Die zeitlichen Ableitungen der Führungsgrößen qPOI,w und pw werden wiederum als Eingangsgrößen für eine dynamische Vorsteuerung 36 benötigt.
  • In der Trajektoriengenerierung 34 (siehe 2) wird auf der Basis des Modells der Hydraulik aus den geplanten Sollverläufen der Führungsgrößen qPOI und pSoll eine Solldrehzahl nSoll beziehungsweise Sollwinkelgeschwindigkeit soll der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 berechnet.
  • Mit dieser Solldrehzahl nSoll und dem Solldruck pSoll ermittelt die dynamische Vorsteuerung 36 auf der Basis eines inversen Modells –1 der Regelstrecke und unter Berücksichtigung der Dynamik des Kraftstoffversorgungssystems eine Ansteuerung u für den Elektromotor der elektrischen Kraftstoffversorgungspumpe 14.
  • Dazu wird in einem ersten Schritt basierend auf einem inversen Modell –1 der Hydraulik des Kraftstoffversorgungssystems die Sollwinkelgeschwindigkeit soll der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 bestimmt.
  • Mit:
    Figure 00060001
  • Mit:
    Q soll / mot: Sollwert der in die Brennkraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffmenge.
  • In einem zweiten Schritt werden basierend auf einem inversen elektrischen und mechanischen Modell des Kraftstoffversorgungssystems die Sollspannungen Usoll bestimmt. Dabei wird bei dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel angenommen, dass der elektrische Antrieb als permanenterregte Synchronmaschine ausgeführt ist und die Sollspannungen Usoll in den aus der Literatur bekannten rotorfesten dq-Koordinaten angeschrieben werden. Dabei beschreiben die Variablen Id beziehungsweise Iq die Ströme und die Variablen Ud und Uq die Ansteuerspannungen in d- bzw. in q-Richtung. Die Winkelgeschwindigkeit berechnet sich auf Basis einer Momentenbilanz mit dem elektrischen Moment Mmot und dem anliegenden Lastmoment MLast.
  • Mit:
    Figure 00060002
  • Durch die Ansteuerung der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 wird der Druck pKraftsoff in der Kraftstoffleitung 16 als Regelgröße des Kraftstoffversorgungssystems 38 vorgesteuert.
  • Wesentlichen Einfluss auf die Qualität der dynamischen Vorsteuerung 36 hat die Modellierung des Kraftstoffversorgungssystems. Nachfolgend wird exemplarisch ein einfaches Modell dargestellt, wobei die elektrische Kraftstoffpumpe durch einen elektrischen Synchronmotor angetrieben wird. Alternativ sind auch andere Motortypen, wie Modell für Elektrokraftstoffpumpe
    Figure 00070001
  • Modell für Hydraulik
    • p . = BV (QEKP(p, w) – QJP(p) – Qmot)beispielsweise ein Gleichstrommotor denkbar.
  • Den Druck p im Rail beziehungsweise in der Kraftstoffleitung 16 erhält man durch Auswertung einer entsprechenden Differentialgleichung, wobei QEKP den durch die Kraftstoffförderpumpe geförderten Kraftstoff, QJP, einen konstruktiv bedingten Verlustterm und Qmot die in den Motor eingespritzte Kraftstoffmenge repräsentiert.
  • Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass auf der Basis eines solchen Modellentwurfs die dynamische Vorsteuerung 36 durch ein inverses Modell –1 der Regelstrecke vorgenommen wird. Aus dem inversen Hydraulikmodell wird die Sollwinkelgeschwindigkeit soll der Kraftstoffpumpe 14 ermittelt. Aus dem inversen elektrischen und mechanischen Modell wird, wie bereits erläutert, die Ansteuerung u zur Ansteuerung der elektrischen Kraftstoffpumpe ermittelt.
  • Die Modellinversion und Berechnung der Vorsteuerung kann unter Ausnützung der Flachheitseigenschaft (siehe dazu: Zeitz, M: Flachheitsbasierter Entwurf von linearen und nichtlinearen Vorsteuerungen. Automatisierungstechnik 52, 2004) erfolgen. Diese Flachheitseigenschaft besagt, dass alle Modellzustände sowie das Eingangssignal als Funktionen von sogenannten ”flachen” Ausgängen sowie einer endlichen Anzahl von Zeitableitungen dieser Größen berechnet werden können. Ein solcher flacher Ausgang y für das Beispielsystem ist zum Beispiel durch y = (Id, p, Qmot)T gegeben. Damit lassen sich die Eingangssignale Ud und Uq, d. h. die Ansteuerspannungen des Elektromotors der Kraftstoffpumpe, durch die Größen Id, p, Qmot und entsprechende Zeitableitungen berechnen. Die Zeitableitungen wiederum werden, wie bereits erwähnt, mit Hilfe eines Zustandsvariablenfilters berechnet. Ergänzend sei auf die einschlägige Literatur verwiesen, insbesondere Rothfuß, R. et al: Flachheit: ein neuer Zugang zur Steuerung und Regelung nichtlinearer Systeme. Automatisierungstechnik, 45, 1997; Hagenmeyer, V. und Zeitz, M: Flachheitsbasierter Entwurf von linearen und nichtlinearen Vorsteuerungen. Automatisierungstechnik 52, 2004
  • Ein Blockschaltbild einer vorteilhaften 2-Freiheitsgradstruktur ist in 3 dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in den 3 und 4 die Trajektoriengenerierung 34 nicht dargestellt.
  • Dabei dient eine Regelung 40 zur Kompensation von nicht in dem inversen Modell –1 enthaltenen physikalischen Effekten. Diese Effekte werden, wenn sie nicht in die Modellierung Eingang gefunden haben, auch nicht in der Vorsteuerung 36 berücksichtigt werden und würden ohne eine geeignete Kompensation zu einer verringerten Regelgüte führen.
  • Bei dem in 3 dargestellten Blockschaltbild ist ein Drucksensor in der Kraftstoffleitung 16 vorhanden, dessen Ausgangssignal pIst in einer Additionsstelle mit dem Sollwert pSoll zusammengeführt und dem Regler 40 als Eingangsgröße zugeführt wird.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 4 ist keine Rückführung des von einem Drucksensor gemessenen Drucks pIst vorhanden, sondern es wird ein erfindungsgemäßer Beobachter 42 eingesetzt, der aus der Ansteuerung der elektrischen Kraftstoffpumpe 14, insbesondere der Ansteuerung u beziehungsweise des Stroms I, und der Drehzahl n der Kraftstoffpumpe 14 einen Druck pIst schätzt. Dadurch ist es möglich, auf einen Drucksensor in der Kraftstoffleitung 16 zu verzichten. In Folge dessen verringern sich die Hardware-Kosten und die Montagekosten des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems 38.
  • In 5 ist der Beobachter 42 etwas detaillierter dargestellt. Dabei wird deutlich, dass der Beobachter 42 einen Simulatorteil 44 und einen Korrekturterm 46 umfasst. Der Beobachter 42 wird in zwei Schritten entworfen. Zunächst wird ein physikalisch/dynamisches Modell Σ ^ des Kraftstoffversorgungssystems erstellt. Dieses Modell Σ ^ bildet den Simulatorteil 44 des Beobachters 42. Das Modell bzw. der Simulatorteil 44 muss einerseits genau genug die Physik wiedergeben, ist aber im Hinblick auf die Umsetzung im Steuergerät 18 und die damit verbundene Rechenzeit so einfach wie möglich auszuführen. Anschließend wird ein Korrekturterm oder Regler 46 gebildet.
  • Für die erfindungsgemäße Anwendung hat sich für den Entwurf des Beobachters 42, umfassend den Simulatorteil 44 und den Korrekturterm 46, ein sogenannter ”Erweiterter Luenberger Beobachter”-Ansatz als geeignet erwiesen.
  • Der allgemeine Algorithmus sowohl eines Zustandsbeobachters als auch des Kalman-Filters sind prinzipiell aus der Literatur bekannt (siehe zum Beispiel: Zeitz, M., The extendend Luenberger observer for nonlinear systems, Systems & Control Letters 9, pp. 149–156, 1987). Auch sind der allgemeine Algorithmus des Zustandsbeobachters und des Kalman Filters aus der Literatur bekannt, siehe obige Literaturangaben. Eine alternative Variante zur Herleitung eines geeigneten Schätzalgorithmus für den Kraftstoffdruck pIst ist z. B. der ”Erweiterte Kalman Filter”. Für eine detaillierte Darstellung siehe zum Beispiel Föllinger, O., Regelungstechnik-Einführung in die Methoden und ihre Anwendung, Hüthig-Verlag, 1994; Grewal, M. S. und Andrews, A. P., Kalman Filtering: Theory and Practice, Wiley-Verlag, 2001.
  • Das exemplarisch angegebene nichtlineare Modell des Kraftstoffversorgungssystems lässt sich mit dem Zustandsvektor x = (id, Iq, u, p)T und dem Vektor der Eingangssignale u = (Ud, Uq, Qmot)T in folgender prinzipieller Struktur zusammenfassen:
    Σ: = x . = f(x, u), t > 0, x(0) = x0
    y = h(x), t ≥ 0
  • Dabei beschreibt der Vektor f() die rechten Seiten der oben angegebenen Differentialgleichungen des Modells des Kraftstoffversorgungssystems und die Variable y die Ausgangsgrößen beziehungsweise Messgrößen.
  • Das Messmodell h der Sensorik ist durch h(x) beschrieben. Im vorliegenden Fall werden die Drehzahl n und/oder der Strom der Elektrokraftstoffpumpe 14 gemessen. Alternativ zu dem angegebenen Modell sind ebenfalls andere Modellvarianten der Hydraulik und/oder des Elektromotors durch das erfindungsgemäße Verfahren abgedeckt. Dies betrifft auch Beobachter/Filter, die auf Basis von vereinfachten Modellen, die die elektrischen Modellgleichungen für die Ströme vernachlässigen und die lediglich den mechanischen Anteil des Elektromotors sowie des Kraftstoffversorgungssystem modellmäßig erfassen. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Verfahren Beobachter und/oder Filter, die mit Hilfe von Modellen, die durch einen Störgrößenansatz der Form dz/dt = 0 erweitert wurden, entworfen worden sind. Dabei stellt die Variable z eine unbekannte Störgröße, wie zum Beispiel eine Abweichung der eingespritzten Kraftstoffmenge von der Soll-Einspritzmenge, dar (vgl. 3 und 4).
  • Entsprechend dem oben beschriebenen Vorgehen erhält man dann den Beobachter 42 zur Schätzung des Drucks in folgender Form
    Figure 00100001
  • Das Modell wird als Kopie im Beobachter verwendet dem ein Korrekturterm G(t)·(y – ŷ) aufgeschaltet wird. Der Korrekturterm besteht aus einem Soll-Ist-Vergleich zwischen Messung y und Schätzung ŷ. Die Differenz dieser beiden Signale wird mit der Verstärkung G(t) multipliziert. Der Entwurf der Verstärkung G(t) erfolgt mit dem obigen genannten Verfahren. Die angegebenen Alternativen sind äquivalente Verfahren, die auf gleiche bzw. sehr ähnliche Strukturen des in der Erfindung beschriebenen Algorithmus führen.
  • In 6 ist das Gesagte in Form eines Blockdiagramms dargestellt.
  • Grundsätzlich wird mit dem Zeichen Π das physikalische Kraftstoffsystem,
    mit dem Zeichen Σ ^ der Zustandsschätzer 42 und
    mit dem Zeichen Π–1 das inverse Modell des physikalische Kraftstoffsystems bezeichnet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10158950 C2 [0001]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Wolfram, A. und Vogt, M.: Zeitdiskrete Filteralgorithmen zur Erzeugung zeitlicher Ableitungen. Automatisierungstechnik 50, 2002 [0031]
    • - Zeitz, M: Flachheitsbasierter Entwurf von linearen und nichtlinearen Vorsteuerungen. Automatisierungstechnik 52, 2004 [0043]
    • - Rothfuß, R. et al: Flachheit: ein neuer Zugang zur Steuerung und Regelung nichtlinearer Systeme. Automatisierungstechnik, 45, 1997 [0043]
    • - Hagenmeyer, V. und Zeitz, M: Flachheitsbasierter Entwurf von linearen und nichtlinearen Vorsteuerungen. Automatisierungstechnik 52, 2004 [0043]
    • - Zeitz, M., The extendend Luenberger observer for nonlinear systems, Systems & Control Letters 9, pp. 149–156, 1987 [0050]
    • - Föllinger, O., Regelungstechnik-Einführung in die Methoden und ihre Anwendung, Hüthig-Verlag, 1994; Grewal, M. S. und Andrews, A. P., Kalman Filtering: Theory and Practice, Wiley-Verlag, 2001 [0050]

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine (10), bei dem Kraftstoff von einer elektrischen Kraftstoffpumpe (14) in eine Kraftstoffleitung (16) gefördert wird, wobei der in der Kraftstoffleitung (16) herrschende Druck (pKraftstoff) und/oder die Fördermenge der elektrischen Kraftstoffpumpe (14) auf einen Soll-Wert (pSoll) gesteuert und/oder geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer Steuerung der in der Kraftstoffleitung (16) und/oder eines Kraftstoffrails herrschende Druck (pKraftstoff) durch eine dynamische Vorsteuerung (36) in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs des Soll-Werts (pSoll) sowie des gewünschten zeitlichen Verlaufs der einzuspritzenden Kraftstoffmenge (qPOI(t)) durch Ansteuerung (36) der elektrischen Kraftstoffpumpe (14) vorgesteuert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Vorsteuerung (36) ein inverses Modell (–1) der elektrischen Kraftstoffpumpe (14) mit einem elektrischen und einem mechanischen Anteil und ein inverses hydraulisches Modell des Kraftstoffversorgungssystems der Brennkraftmaschine (10) gebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem inversen hydraulischen Modell des Kraftstoffversorgungssystems der Brennkraftmaschine (10) unter Berücksichtigung der geplanten Sollverläufe von Kraftstoffdruck (psoll(t)) und Einspritzmenge (qPOI(t)) eine Solldrehzahl (nSoll(t)) für die elektrischen Kraftstoffpumpe (14) ermittelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Solldrehzahl (nSoll) der elektrischen Kraftstoffpumpe (14) und dem Solldruck (pSoll) die Ansteuerung, insbesondere der Strom (1) und/oder die Spannung (U), der elektrischen Kraftstoffpumpe (14) ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Kraftstoffleitung (16) herrschende Druck (pIst) mit Hilfe eines modellbasierten Schätzalgorithmus', insbesondere einem Zustandsbeobachter (42, 46) oder einem Kalman-Filter, ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Kraftstoffleitung (16) herrschende Druck (pIst) in Abhängigkeit der Stromaufnahme (I) oder der Leistungsaufnahme (Pel) und der Drehzahl (n) der elektrischen Kraftstoffpumpe (14) ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schätzalgorithmus einen Simulatorteil (42) und einen Korrekturterm (46) umfasst.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Parameterschätzung vorgesehen ist, und dass die Parameterschätzung die Parameter der in den Algorithmen enthaltenen Modelle in Abhängigkeit des aktuellen Arbeitspunkts und Betriebszustands online adaptiert.
  9. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird.
  10. Steuer- und/oder Regelgerät (34) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 9 abgespeichert ist.
  11. Nach dem Diesel-Verfahren, dem Otto-Verfahren und/oder einem alternativen Verfahren, insbesondere dem HCCI-Verfahren (HCCI = Homogeneous Charge Compression Ignition) oder dem CAI-Verfahren (CAI = Controlled Auto Ignition) arbeitende Brennkraftmaschine (10), mit Einspritzvorrichtungen (20), welche den Kraftstoff direkt oder indirekt in die Brennräume einspritzen, und mit einem Kraftstoffversorgungssystem umfassend mindestens eine elektrische Kraftstoffpumpe (14), dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Steuer- und/oder Regelgerät (18) nach Anspruch 10 umfasst.
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