DE102005018272B4

DE102005018272B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005018272B4
Application number: DE102005018272.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Bleile; Christina Stiller; Friedrun Heiber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2025-04-21
Also published as: FR2884871A1; US20060277984A1; US7263425B2; DE102005018272A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine (1) ein verstellbares Bauteil (5) aufweist, das von einem Gas durchströmt wird, und durch dessen Stellung das durchströmende Gas beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Wert, der für eine durchströmte Fläche des Bauteils (5) repräsentativ ist, mit Hilfe eines ersten Modells abhängig von einem Ansteuersignal des Bauteils (5) ermittelt wird und dass mindestens ein zweiter Wert, der für die durchströmte Fläche des Bauteils (5) repräsentativ ist, mit Hilfe eines zweiten Modells abhängig von mindestens einer von dem Ansteuersignal verschiedenen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine (1) ermittelt wird und dass ein resultierender Wert für die durchströmte Fläche als Mittelwert aus dem mindestens einen ersten und dem mindestens einen zweiten Wert gebildet wird, wobei der mindestens eine erste Wert und der mindestens eine zweite Wert gewichtet zur Bildung des resultierenden Wertes gemittelt werden, wobei abhängig von Toleranzen des ersten Modells und/oder abhängig von einer Varianz des Ansteuersignals eine Varianz des mindestens einen ersten Wertes ermittelt wird und wobei die Gewichtung des mindestens einen ersten Wertes abhängig von der Varianz des mindestens einen ersten Wertes ermittelt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Brennkraftmaschine ein verstellbares Bauteil aufweist, das von einem Gas durchströmt wird und durch dessen Stellung das durchströmende Gas beeinflusst wird. Dies ist zum Beispiel für eine Drosselklappe in einer Luftzufuhr zu einer solchen Brennkraftmaschine bekannt, wobei der Luftmassenstrom durch die Luftzufuhr abhängig von der Stellung der Drosselklappe beeinflusst wird.
Die DE 19959660 C1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung eines Massenstroms wobei ein abgespeicherter, bei vollständig geöffnetem Tankentlüftungsventil maximaler Massenstrom abhängig vom momentanen Saugrohrunterdruck vorgegeben. Der momentane Massenstrom wird durch einen Algorithmus im Steuergerät bestimmt, bei dem eine von der Ansteuerzeit des Tankentlüftungsventils abhängige Schar von Geraden mit der Ansteuerfrequenz des Ansteuersignals und mit dem maximalen Massenstrom multipliziert wird. Die Geraden sind durch vom Saugrohrunterdruck abhängige Steigungsfaktoren und durch vom Saugrohrunterdruck abhängige Offsetwerte definiert. DOLLAR A In einer ersten Alternative wird die Schar von Geraden durch eine Geradengleichung, in einer zweiten Alternative wird die Schar von Geraden durch ein Kennfeld vorgegeben.
Die DE 103 11 794 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung einer die Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs beeinflussenden Einflussgröße, bei dem

- ein vorläufiger Wert der Einflussgröße auf eine erste Art ermittelt wird,
- unabhängig von dieser Ermittlung des ersten Wertes ein Ableitungswert, welcher die zeitliche Ableitung der Einflussgröße beschreibt, auf eine zweite Art ermittelt wird und
- aus dem ersten Wert und dem zweiten Wert die Einflussgröße ermittelt wird.

Weiter umfasst die Erfindung auch die zugehörige Vorrichtung.
Die DE 103 16 186 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem, ausgehend von Betriebskenngrößen, ein Begrenzungswert vorgebbar ist, auf den eine Größe, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisiert, begrenzt wird. Dabei ist der Begrenzungswert, ausgehend von einem Ausgangssignal eines Modells eines Luftsystems, vorgebbar.
Die DE103 28 595 A1 offenbart eine Motordrehmomentschätzeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Fahrzeugdatenbus, der eine Vielzahl von Motorbetriebseingängen vorsieht, die zumindest einen aus Motordrehzahl, Zündzeitpunkt- und Verdünnungsschätzung umfassen. Eine Schätzeinheit für Drehmoment im stationären Zustand steht mit dem Fahrzeugdatenbus in Verbindung und erzeugt ein Signal für Motordrehmoment im stationären Zustand. Ein Messmodell steht mit dem Fahrzeugdatenbus in Verbindung und kompensiert Fehler in Verbindung mit Variationen von Motor zu Motor. Eine Schätzeinheit für Drehmoment im dynamischen Zustand steht mit zumindest einer der Einrichtungen Fahrzeugdatenbus, Messmodell und Schätzeinrichtung für Drehmoment im stationären Zustand in Verbindung und erzeugt ein Signal für tatsächliches Drehmoment.
Die WO 92 / 13184 A1 offenbart ein Verfahren zur Bewertung der Strömungsrate von in einen Verbrennungsmotor eingelassener Luft.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben dem gegenüber den Vorteil, dass mindestens ein erster Wert, der für eine, insbesondere effektiv, durchströmte Fläche des Bauteils repräsentativ ist, mit Hilfe eines ersten Modells abhängig von einem Ansteuersignal des Bauteils ermittelt wird und das mindestens ein zweiter Wert, der für die, insbesondere effektiv, durchströmte Fläche des Bauteils repräsentativ ist, mit Hilfe eines zweiten Modells abhängig von mindestens einer von dem Ansteuersignal verschiedenen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine ermittelt wird und dass ein resultierender Wert für die, insbesondere effektiv, durchströmte Fläche als Mittelwert aus dem mindestens einen ersten und dem mindestens einen zweiten Wert gebildet wird. Auf diese Weise lässt sich die, insbesondere effektiv, durchströmte Fläche des Bauteils unter sämtlichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine mit größtmöglicher Genauigkeit ermitteln. Wird der resultierende Wert für die, insbesondere effektiv, durchströmte Fläche des Bauteils für eine modellbasierte Steuerung oder Regelung der Stellung des verstellbaren Bauteils verwendet, so wird die Güte dieser modellbasierten Steuerung oder Regelung aufgrund der größtmöglichen Genauigkeit des resultierenden Wertes erheblich verbessert.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Die Genauigkeit des resultierenden Wertes für die, insbesondere effektiv, durchströmte Fläche des verstellbaren Bauteils lässt sich in einfacher Weise dadurch erhöhen beziehungsweise optimieren, wenn der mindestens eine erste Wert und der mindestens eine zweite Wert gewichtet zur Bildung des resultierenden Wertes gemittelt werden.
Die Wichtung kann dadurch besonders einfach und zuverlässig gestaltet werden, dass abhängig von Toleranzen des ersten Modells und/oder abhängig von einer Varianz des Ansteuersignals eine Varianz des mindestens einen ersten Wertes ermittelt wird und dass die Gewichtung des mindestens einen ersten Wertes abhängig von der Varianz des mindestens einen ersten Wertes ermittelt wird.
Entsprechend lässt sich die Wichtung besonders einfach und zuverlässig gestalten, wenn abhängig von Toleranzen des zweiten Modells und/oder abhängig von einer Varianz der mindestens einen von dem Ansteuersignal verschiedenen modellierten oder gemessenen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine eine Varianz des mindestens einen zweiten Wertes ermittelt wird und dass die Gewichtung des mindestens einen zweiten Wertes abhängig von der Varianz des mindestens eines zweiten Wertes ermittelt wird.
Für eine hohe Zuverlässigkeit der Wichtung ist es dabei insbesondere von Vorteil, wenn die Gewichtung eines Wertes, der für die, insbesondere effektiv, durchströmte Fläche des Bauteils repräsentativ ist, umso größer gewählt wird, je kleiner dessen Varianz ist.
Eine besonders einfache und zuverlässige Modellierung des mindestens einen zweiten Wertes gelingt mit Hilfe des zweiten Modells abhängig von einem ersten Druck stromauf des Bauteils, einem zweiten Druck stromab des Bauteils, einer Temperatur stromauf des Bauteils und einem Massenstrom durch das Bauteil.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn abhängig vom resultierenden Wert mittels des zweiten Modells ein korrigierter Wert für eine Eingangsgröße des zweiten Modells gebildet wird. Auf diese Weise lässt sich auch bereits die Genauigkeit des zweiten Wertes als Ausgangsgröße des zweiten Modells und damit insgesamt auch die Genauigkeit des resultierenden Wertes verbessern.
In vorteilhafter Weise lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung für ein als Drosselklappe, als Abgasrückführventil oder als Turbine ausgebildetes Bauteil verwenden.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines von einem Gas durchströmten verstellbaren Bauteils einer Brennkraftmaschine,
2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Hinblick auf die Ermittlung eines resultierenden Wertes für die, insbesondere effektiv, durchströmte Fläche des verstellbaren Bauteils und
3 ein Blockschaltbild für die Korrektur einer Eingangsgröße eines zur Bildung des resultierenden Wertes verwendeten zweiten Modells.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 kennzeichnet I einen exemplarischen Ausschnitt aus einer Brennkraftmaschine, die beispielsweise ein Kraftfahrzeug antreibt. Dabei kennzeichnet 30 einen Gaskanal, in dem ein verstellbares Bauteil 5 angeordnet ist, das von einem Gas im Gaskanal 30 durchströmt wird und durch dessen Stellung das durchströmende Gas beeinflusst wird, insbesondere im Hinblick auf den Gasmassenstrom im Gaskanal 30. Die Strömungsrichtung des Gases im Gaskanal 30 ist in 1 durch Pfeile gekennzeichnet. Stromauf des Bauteils 5 ist im Gaskanal 30 ein Massenstrommesser 35 angeordnet, der den Gasmassenstrom mstrom misst und den Messwert an eine Steuerung 55 weiterleitet. Der Gasmassenstrom kann alternativ auch aus anderen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine modelliert sein. Stromauf des Bauteils 5 und stromab des Massenstrommessers 35 ist im Gaskanal 30 ein Temperatursensor 40 angeordnet, der die Temperatur T1 des Gases im Gaskanal 30 stromauf des Bauteils 5 misst und den Messwert an die Steuerung 55 weiterleitet. Stromauf des Bauteils 5 und - jedoch nicht notwendiger Weise - stromab des Temperatursensors 40 ist im Gaskanal 30 ein erster Drucksensor 45 angeordnet, der einen ersten Druck p1 stromauf des Bauteils 5 im Gaskanal 30 misst und den Messwert an die Steuerung 55 weiterleitet. Stromab des Bauteils 5 ist im Gaskanal 30 ein zweiter Drucksensor 50 angeordnet, der einen zweiten Druck p2 stromab des Bauteils 5 im Gaskanal 30 misst und den Messwert an die Steuerung 55 weiterleitet. Die Steuerung 55 steuert das Bauteil 5 zur Einstellung einer vorgegebenen Stellung mittels eines Ansteuersignals TV an, beispielsweise um einen definierten Gasmassenstrom mstrom im Gaskanal 30 einzustellen.
Bei dem Gaskanal 30 kann es sich beispielsweise um die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine 1 handeln, wobei das verstellbare Bauteil 5 dann beispielsweise als Drosselklappe ausgebildet ist. Beim Gaskanal 30 kann es sich beispielsweise aber auch um einen Abgasstrang der Brennkraftmaschine 1 handeln, wobei das verstellbare Bauteil 5 dann beispielsweise eine Turbine eines Abgasturboladers ist, deren Öffnungsgrad beziehungsweise durchströmte Fläche durch Veränderung der Turbinengeometrie oder mittels eines Bypasses verändert werden kann. Beim Gaskanal 30 kann es sich beispielsweise auch um einen Abgasrückführkanal handeln, der einen Abgasstrang der Brennkraftmaschine 1 mit der Luftzufuhr der Brennkraftmaschine 1 verbindet, wobei das Bauteil 5 dann beispielsweise als Abgasrückführventil ausgebildet ist.
Dabei kann die Brennkraftmaschine 1 beispielsweise als Ottomotor oder als Dieselmotor ausgebildet sein.
Das Ansteuersignal TV für das Bauteil 5 kann beispielsweise als pulsweitenmoduliertes Signal mit variablem Tastverhältnis ausgebildet sein, wobei je nach gewähltem Tastverhältnis ein entsprechender Öffnungsgrad des Bauteils 5 und damit eine entsprechende durchströmte Fläche des Bauteils 5 eingestellt werden kann. Ist das Bauteil 5 als Drosselklappe ausgebildet, so kann das Ansteuersignal TV zur Umsetzung beispielsweise eines Fahrerwunsches in dem Fachmann bekannter Weise von der Steuerung 55 erzeugt werden. Ist das Bauteil 5 als Turbine eines Abgasturboladers ausgebildet, so kann das Ansteuersignal TV beispielsweise zur Bildung eines gewünschten Ladedrucksollwertes in dem Fachmann bekannter Weise eingestellt werden. Ist das Bauteil 5 als Abgasrückführventil ausgebildet, so kann das Ansteuersignal TV beispielsweise zur Erzielung eines gewünschten Luft-/Kraftstoffgemischverhält-nisses in dem Fachmann bekannter Weise eingestellt werden.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass mindestens ein erster Wert Aeff1, der für eine, insbesondere effektiv, durchströmte Fläche des Bauteils 5 repräsentativ ist, mit Hilfe eines ersten Modells abhängig vom Ansteuersignal TV des Bauteils 5 ermittelt wird und dass mindestens ein zweiter Wert Aeff2, der für die, insbesondere effektiv, durchströmte Fläche des Bauteils 5 repräsentativ ist, mit Hilfe eines zweiten Modells abhängig von mindestens einer vom Ansteuersignal TV verschiedenen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine 1 ermittelt wird und dass ein resultierender Wert Aeff für die, insbesondere effektiv, durchströmte Fläche als Mittelwert aus dem mindestens einen ersten Wert Aeff1 und dem mindestens einen zweiten Wert Aeff2 gebildet wird. Die beschriebene Vorgehensweise kann beispielsweise mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gemäß 2 realisiert werden. Im Folgenden soll beispielhaft angenommen werden, dass genau ein erster Wert Aeff1 und genau ein zweiter Wert Aeff2 ermittelt wird. Beide Werte Aeff1, Aeff2 stellen dabei jeweils einen Schätzwert für die effektiv durchströmte Fläche des verstellbaren Bauteils 5 dar, d.h. also jeweils einen Schätzwert für die tatsächlich vom Gas durchströmte Fläche des Bauteils 5.
So wird das Ansteuersignal TV einer ersten Modellierungseinheit 15 zugeführt, die abhängig vom Ansteuersignal TV den ersten Wert Aeff1 für die effektiv durchströmte Fläche des verstellbaren Bauteils 5 ermittelt. Zu diesem Zweck kann die erste Modellierungseinheit 15 beispielsweise als Kennlinie ausgebildet sein, die auf einem Prüfstand appliziert wurde. Dabei wurde auf dem Prüfstand für verschiedene Werte des Ansteuersignals TV jeweils der sich ergebende erste Wert Aeff1 für die zugeordnete effektiv durchströmte Fläche des Bauteils 5 in dem Fachmann bekannter Weise gemessen. Die gemessenen ersten Werte Aeff1 werden dann über den zugeordneten Werten für das Ansteuersignal TV in der Kennlinie der ersten Modellierungseinheit 15 abgelegt. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird dann mittels dieser Kennlinie von der ersten Modellierungseinheit 15 abhängig vom aktuellen Wert des Ansteuersignals TV der zugeordnete erste Wert Aeff1 für die effektiv durchströmte Fläche des Bauteils 5 ausgelesen. Dabei kann die Kennlinie zwischen den einzelnen applizierten Messpunkten interpoliert sein, um für alle möglichen Werte TV des Ansteuersignals einen zugeordneten ersten Wert Aeff1 zu erhalten. Der erste Wert Aeff1 wird dann einer Mittelwertbildungseinheit 25 zugeführt.
Bei dem Ansteuersignal TV kann es sich im einfachsten Fall um das von der Steuerung 55 ausgegebene Tastverhältnis selbst handeln. In diesem Fall stellt das Ansteuersignal TV eine Stellgröße für das Bauteil 5 da. Als Ansteuersignal kann aber auch ein für die Stellerposition des Bauteils 5 repräsentatives Signal verwendet werden, beispielsweise der vom Bauteil 5 an die Steuerung 55 zurückgemeldete Ventilhub im Fall des Ausbildung des Bauteils 5 als Ventil, beziehungsweise allgemein der Öffnungsgrad des Bauteils 5.
Einer zweiten Modellierungseinheit 20 sind als Eingangsgrößen der erste Druck p₁ , der zweite Druck p₂ , die Temperatur T₁ und der Gasmassenstrom mstrom zugeführt, die von den in 1 dargestellten Sensoren 45, 40, 35 gemessen oder in dem Fachmann bekannter Weise aus Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 modelliert wurden. Während die in der ersten Modellierungseinheit 15 abgelegte Kennlinie ein erstes Modell darstellt, ist in der zweiten Modellierungseinheit 20 ein zweites Modell abgelegt, das aus den beschriebenen Eingangsgrößen einen zweiten Wert Aeff2 für die effektiv durchströmte Fläche des Bauteils 5 ermittelt und diesen zweiten Wert ebenfalls an die Mittelwertbildungseinheit 25 weiterleitet. Dabei kann das zweite Modell beispielsweise ebenfalls auf einem Prüfstand beispielsweise in Form eines Kennfeldes modelliert werden. Das zweite Modell 20 kann aber auch in Form der bekannten Drosselgleichung in der zweiten Modellierungseinheit 20 vorliegen, die wie folgt lautet: $mstrom = \frac{A e f f 2 * p_{1}}{\sqrt{R * T_{1}}} * ψ (π)$
$mit π = p_{1} {/p}_{2}$
Dabei ist R die Gaskonstante des den Gaskanal 30 durchströmenden Gases und ψ die bekannte Durchflussfunktion. Die Drosselgleichung (1) aufgelöst nach Aeff2 ergibt dann das in der zweiten Modellierungseinheit 20 abgespeicherte Modell wie folgt: $Aeff 2 = \frac{m s t r o m * \sqrt{R * T_{1}}}{p_{1} * ψ (π)}$
Die Mittelwertbildungseinheit 25 bildet den Mittelwert aus dem ersten Wert Aeff1 und dem zweiten Wert Aeff2. Dieser Mittelwert entspricht dann einem resultierenden Wert Aeff für die effektiv durchströmte Fläche des Bauteils 5 im Gaskanal 30. Dabei kann es sich bei dem Mittelwert beispielsweise um den arithmetischen oder den geometrischen Mittelwert handeln. Im Folgenden soll beispielhaft angenommen werden, dass es sich um den arithmetischen Mittelwert handelt, dass also $Aeff = Aeff 1 / 2 + Aeff 2 / 2$
Eine Verbesserung der Genauigkeit des resultierenden Wertes Aeff lässt sich dadurch erreichen, dass der erste Wert Aeff1 und der zweite Wert Aeff2 gewichtet zur Bildung des resultierenden Wertes Aeff gemittelt werden. Zu diesem Zweck wird abhängig von Toleranzen des ersten Modells und/oder abhängig von einer Varianz des Ansteuersignals TV eine Varianz des mindestens einen ersten Wertes Aeff1 ermittelt und die Gewichtung des mindestens einen ersten Wertes Aeff1 abhängig von der Varianz des mindestens einen ersten Wertes Aeff1 ermittelt. Zusätzlich oder alternativ wird abhängig von Toleranzen des zweiten Modells und/oder abhängig von einer Varianz der mindestens einen von dem Ansteuersignal TV verschiedenen modellierten oder gemessenen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine I eine Varianz des mindestens einen zweiten Wertes Aeff2 ermittelt und die Gewichtung des mindestens einen zweiten Wertes Aeff2 abhängig von der Varianz des mindestens einen zweiten Wertes Aeff2 ermittelt. Im vorliegenden Beispiel wird wie beschrieben genau der eine erste Wert Aeff1 und genau der eine zweite Wert Aeff2 betrachtet. Toleranzen des ersten Modells, in diesem Beispiel der Kennlinie in der ersten Modellierungseinheit 15 können sich beispielsweise aufgrund von Ungenauigkeiten bei der Applikation dieser Kennlinie ergeben. Die Toleranzen des ersten Modells können aber auch durch Exemplarstreuungen des in I nicht dargestellten Stellers des Bauteils 5 bedingt sein. Diese Toleranzen des ersten Modells führen auch bei korrektem Ansteuersignal TV zu einer Varianz VarAeff1 des ersten Wertes Aeff1. Zu dieser Varianz VarAeff1 des ersten Wertes Aeff1 trägt jedoch auch eine Varianz des Ansteuersignals TV selbst bei, die sich aus einer mess- und/oder modellierungsbedingten Toleranz der Bildung des Ansteuersignals TV durch die Steuerung 55 ergeben kann. Wenn in diesem Ausführungsbeispiel von Varianz die Rede ist, so ist damit die Varianz im statistischen Sinne, also das Quadrat der Standardabweichung gemeint, alternativ soll der Begriff Varianz in dieser Anmeldung auch beliebige andere Toleranzen oder Abweichungen vom korrekten Wert mit umfassen, beispielsweise auch die Standardabweichung selbst. Einer dritten Modellierungseinheit 60, die beispielsweise als Kennfeld ausgebildet sein kann, sind als Eingangsgrößen das Ansteuersignal TV sowie die Varianz VarTV des Ansteuersignals zugeführt. Das Kennfeld der dritten Modellierungseinheit 60 kann dabei wiederum beispielsweise auf einem Prüfstand appliziert werden und liefert als Ausgangsgröße die Varianz VarAeff1 des ersten Wertes Aeff1, die wiederum der Mittelwertbildungseinheit 25 zugeführt wird.
Wird der dritten Modellierungseinheit 60 nur das Ansteuersignal TV zugeführt, so kann der dritten Modellierungseinheit 60 auch eine beispielsweise auf einem Prüfstand applizierte Kennlinie abgelegt sein, die die Varianz VarAeff1 des ersten Wertes Aeff1 in Abhängigkeit des Ansteuersignals TV ermittelt, wobei in diesem Fall nur die Toleranzen des ersten Modells der ersten Modellierungseinheit 15 berücksichtigt werden. Wird der dritten Modellierungseinheit 60 nur die Varianz VarTV des Ansteuersignals TV zugeführt, so kann in der dritten Modellierungseinheit 60 ebenfalls eine beispielsweise auf einem Prüfstand applizierte Kennlinie verwendet werden, die die Varianz VarAeff1 des ersten Wertes Aeff1 in Abhängigkeit der Varianz VarTV des Ansteuersignals ermittelt, wobei in diesem Fall nur die Varianz des Ansteuersignals berücksichtigt wird. Nur wenn sowohl das Ansteuersignal TV als auch die Varianz VarTV in der zuvor beschriebenen Weise der dritten Modellierungseinheit 60 zugeführt und dort gemäß dem beschriebenen Kennfeld in die Varianz VarAeff1 des ersten Wertes Aeff1 umgewandelt werden, können sowohl die Toleranzen des ersten Modells als auch die Varianz des Ansteuersignals VarTV für die Varianz VarAeff1 des ersten Wertes Aeff1 berücksichtigt werden.
In entsprechender Weise kann mittels einer vierten Modellierungseinheit 65 die Varianz VarAeff2 des zweiten Wertes Aeff2 ermittelt werden. Dabei können ebenfalls sowohl Ungenauigkeiten des in der zweiten Modellierungseinheit 20 abgelegten zweiten Modells als auch die Varianz der Eingangsgrößen der zweiten Modellierungseinheit 20 zur Varianz VarAeff2 des zweiten Wertes Aeff2 führen. Somit können die Ungenauigkeiten des zweiten Modells zur Bildung der Varianz VarAeff2 des zweiten Wertes Aeff2 dadurch berücksichtigt werden, dass der vierten Modellierungseinheit 65 die Eingangsgrößen der zweiten Modellierungseinheit 20 wie in 2 dargestellt zugeführt sind und in einem beispielsweise auf einem Prüfstand applizierten Kennfeld, das in der vierten Modellierungseinheit 65 abgelegt ist, auf die Varianz VarAeff2 des zweiten Wertes Aeff2 abgebildet werden. Zusätzlich oder alternativ kann der vierten Modellierungseinheit 65 die Varianz Varp1 des ersten Druckes und/oder die Varianz Varp2 des zweiten Druckes und/oder die Varianz VarT1 der Temperatur und/oder die Varianz Varmstrom des Gasmassenstroms als Eingangsgröße zugeführt werden, um deren Einfluss auf die Varianz VarAeff2 des zweiten Wertes Aeff2 zu berücksichtigen. Das in der vierten Modellierungseinheit 65 zur Erzeugung der Varianz VarAeff2 des zweiten Wertes Aeff2 abgelegte Kennfeld ist dann in Abhängigkeit der zugeführten Eingangsgrößen der vierten Modellierungseinheit 65 beispielsweise auf einem Prüfstand zu applizieren. Die beschriebenen Varianzen des ersten Druckes p1, des zweiten Druckes p2, der Temperatur T1 und des Gasmassenstroms mstrom ergeben sich dabei im Falle der Messung dieser Größen aus Messungenauigkeiten, die beispielsweise schon vom Hersteller der entsprechenden Sensoren angegeben werden und im Falle der Modellierung dieser Größen ergeben sich diese Varianzen auch aus Modellungenauigkeiten.
Die Varianz VarAeff2 des zweiten Wertes Aeff2 wird ebenfalls der Mittelwertbildungseinheit 25 zugeführt.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann es auch vorgesehen sein, dass nur die Varianz VarAeff1 des ersten Wertes Aeff1 in der beschriebenen Weise ermittelt und der Mittelwertbildungseinheit 25 zugeführt wird oder dass nur die Varianz VarAeff2 des zweiten Wertes Aeff2 in der beschriebenen Weise ermittelt und der Mittelwertbildungseinheit 25 zugeführt wird.
Im Folgenden soll beispielhaft und wie in 2 beschrieben angenommen werden, dass sowohl die Varianz VarAeff1 des ersten Wertes Aeff1 als auch die Varianz VarAeff2 des zweiten Wertes Aeff2 der Mittelwertbildungseinheit 25 zugeführt werden. Bei der Bildung des in diesem Beispiel beschriebenen arithmetischen Mittelwertes Aeff wird nun der erste Wert Aeff1 abhängig von der Varianz VarAeff1 des ersten Wertes Aeff1 gewichtet. Der zweite Wert Aeff2 wird abhängig von der Varianz VarAeff2 des zweiten Wertes Aeff2 gewichtet.
Für die Gewichtung der Werte Aeff1, Aeff2 in Abhängigkeit der zugeordneten Varianz VarAeff1, VarAeff2, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Gewichtung des jeweiligen Wertes Aeff1, Aeff2 umso größer zu wählen, je kleiner die zugeordnete Varianz VarAeff1, VarAeff2 ist, beispielsweise gemäß einer umgekehrten Proportionalität. Die Summe der Wichtungsfaktoren muss dabei gleich der Anzahl der der Mittelwertbildungseinheit 25 zugeführten Werte Aeff1, Aeff2 für die, insbesondere effektiv, durchströmte Fläche des Bauteils 5 sein, im vorliegenden Beispiel also gleich zwei. Für eine solche gewichtete Mittelwertbildung ist beispielsweise die Verwendung eines Kalman-Filters bekannt, das beispielhaft für die Mittelwertbildungseinheit 25 Verwendung finden kann und als Ergebnis der gewichteten Mittelwertbildung den resultierenden Wert Aeff liefert. Wird nur für einen der beiden Werte Aeff1, Aeff2 eine Varianz VarAeff1, VarAeff2 in der Mittelwertbildungseinheit 25 empfangen, so wird für denjenigen der beiden Werte Aeff1, Aeff2, für den keine Varianz in der Mittelwertbildungseinheit 25 empfangen wird, angenommen, dass dessen Varianz Null ist und auf dieser Grundlage sowie der empfangenen Varianz für den anderen der beiden Werte Aeff1, Aeff2 die in diesem Beispiel verwendete Kalman-Filterung in der Mittelwertbildungseinheit 25 zur Bildung des resultierenden Wertes Aeff durchgeführt. Wenn die Varianz VarAeff1 = 0 ist oder angenommen wird, dann wird davon ausgegangen, dass der Wert Aeff1 korrekt ist, so dass unabhängig von VarAeff2 der Wert Aeff = Aeff1 durch die Kalman-Filterung gesetzt wird. Umgekehrt führt VarAeff2 = 0 zu Aeff = Aeff2 unabhängig vom Wert VarAeff1. Wird für keinen der beiden Werte Aeff1, Aeff2 eine Varianz in der Mittelwertbildungseinheit 25 empfangen, so werden die beiden Werte Aeff1, Aeff2 in der Mittelwertbildungseinheit 25 jeweils mit dem Wert 1 gleich gewichtet, sodass sich der resultierende Wert Aeff gemäß Gleichung (4) ergibt.
In einem weiteren Schritt kann es vorgesehen sein, dass abhängig vom resultierenden Wert Aeff und mittels des zweiten Modells ein korrigierter Wert für mindestens eine Eingangsgröße des zweiten Modells gebildet wird. Dabei können die gemessenen oder modellierten Signale des ersten Druckes p1, des zweiten Druckes p2, der Temperatur T1 und/oder des Gasmassenstroms mstrom so korrigiert werde, dass die Drosselgleichung (1) für den resultierenden Wert Aeff erfüllt ist, d.h. ausgehend von Gleichung (3) gilt: $Aeff 2 = \frac{m s t r o m * \sqrt{R * T_{1}}}{p_{1} * Ψ (π)}$
Stellvertretend für alle Eingangsgrößen des zweiten Modells ist diese Korrektur in 3 für den ersten Druck p1 in Form eines Blockschaltbildes dargestellt. Dabei wird einer fünften Modellierungseinheit 75 der resultierende Wert Aeff zugeführt. Die fünfte Modellierungseinheit 75 umfasst dabei ein aus dem zweiten Modell abgeleitetes drittes Modell, dem als Eingangsgröße der resultierende Wert Aeff zugeführt wird und das an seinem Ausgang einen korrigierten Wert p1' für den ersten Druck abgibt. Das dritte Modell ergibt sich dabei durch Auflösung der Gleichung (5) nach dem ersten Druck p1, wobei der sich ergebende Wert für den ersten Druck p1 dann als der korrigierte Wert p1' betrachtet wird. Dabei wird angenommen, dass die Temperatur T1, der zweite Druck p2 und der Gasmassenstrom mstrom konstant sind. Mittels eines Subtraktionsgliedes 80 kann vom korrigierten Wert p1' für den ersten Druck der gemessene oder modellierte Wert p1 für den Druck abgezogen werden, um die Abweichung Δp1 zwischen dem korrigierten Wert p1' und dem gemessenen oder modellierten Wert p1 für den ersten Druck zu ermitteln. Dabei ist die Ermittlung des Differenzwertes Δp1 mittels des Subtraktionsgliedes 80 optional zu verstehen. So kann eine Korrektureinheit 70 vorgesehen sein, die zumindest die fünfte Modellierungseinheit 75 und optional auch das Subtraktionsglied 80 wie in 3 dargestellt umfasst.
Gemäß der Gleichung (5) wäre es wie für den ersten Druck p1 beschrieben ausreichend nur eine Eingangsgröße des zweiten Modells zu korrigieren, damit die Gleichung (5) erfüllt ist. Das wäre aber nicht optimal. Besser ist es, gemäß einem optimierten Verfahren sämtliche Eingangsgrößen des zweiten Modells proportional zum Gradienten $\frac{\partial A e f f}{\partial x}$
mit x = p1, p2, T1, mstrom
zu korrigieren.
D. h. alle Eingangsgrößen des zweiten Modells werden ein wenig korrigiert, und mit allen Korrekturen zusammen stimmt die Gleichung (5) wieder. Der Ausdruck (6) beschreibt die Sensitivität des resultierenden Wertes Aeff für die effektiv durchströmte Fläche des Bauteils 5 gegenüber der Größe x.
Die Korrektur z. B. des ersten Druckes p1 wird dabei umso stärker gewichtet, je größer das Produkt aus der Varianz Varp1 und der Sensitivität des resultierenden Wertes Aeff für die effektiv durchströmte Fläche des Bauteils 5 gegenüber dem ersten Druck p1 ist. Dabei ist diese Sensitivität stark abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1. Der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 wird dabei abhängig vom Druckverhältnis pl/p2 über dem Bauteil 5 betrachtet. In einem Bereich pl/p2 ≈ 1 ist die Sensitivität des resultierenden Wertes Aeff gegenüber einer Änderung des ersten Druckes p1 oder des zweiten Druckes p2 sehr groß. Daher werden in diesem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 1 mit dem optimierten Verfahren fast ausschließlich die Drücke p1, p2 korrigiert. Je mehr das Druckverhältnis pl/p2 vom Wert Eins abweicht, desto geringer wird die Sensitivität des resultierenden Wertes Aeff gegenüber einer Änderung des ersten Druckes p1 oder des zweiten Druckes p2. Umso weniger werden die Drücke p1 und p2 korrigiert. Die Korrektur des zweiten Druckes p2 kann dabei analog zur Korrektur des ersten Druckes p1 in der zu 3 beschriebenen Weise erfolgen. In entsprechender Weise kann die Korrektur der Temperatur T1 und die Korrektur des Gasmassenstroms mstrom erfolgen. Für jede dieser Korrekturen kann eine entsprechende Korrektureinheit, wie sie beispielhaft in 3 dargestellt ist, vorgesehen sein, sodass die genannten Korrekturen auch gleichzeitig ablaufen können.
Sensitivität in diesem Zusammenhang bedeutet auch Empfindlichkeit des resultierenden Wertes Aeff gegenüber Signalfehlern des ersten Druckes p1 oder des zweiten Druckes p2, wie sie beispielsweise durch Rauschen oder Offset begründet sein können. Bei dem beschriebenen Betriebsbereich, in dem das Druckverhältnis p1/p2 ungefähr etwa dem Wert 1 entspricht, führen kleine Signalfehler des ersten Druckes p1 oder des zweiten Druckes p2 zu vergleichsweise großen Fehlern des berechneten resultierenden Wertes Aeff. Je weiter sich das Druckverhältnis p1/p2 vom Wert 1 entfernt, desto geringer werden die Fehler des resultierenden Wertes Aeff für gleich bleibende Signalfehler des ersten Druckes p1 oder des zweiten Druckes p2. Durch die anhand von 3 beschriebene Korrektur lassen sich jedoch die beschriebenen Signalfehler für die korrigierten Eingangsgrößen des zweiten Modells 20 weitestgehend kompensieren.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung gelingt es, aus vorhandenen Informationen wie Sensor- beziehungsweise modellierten Signalen, in diesem Beispiel p1, p2, T1, mstrom und auch durch Ansteuersignale, in diesem Beispiel TV, einen optimalen resultierenden Wert Aeff für die effektiv durchströmte Fläche des Bauteils 5 zu berechnen. Dies gelingt mit Hilfe der Kennlinien und Kennfelder beziehungsweise Rechenvorschriften in den Modellierungseinheiten für alle Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 1. So kann unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 1 ein genauestmöglicher resultierender Wert Aeff berechnet werden.
Vorstehend wurde das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung unter Verwendung eines ersten Wertes und eines zweiten Wertes für die effektiv durchströmte Fläche des Bauteils 5 beschrieben. Ganz allgemein kann es sich dabei auch um einen ersten Wert und einen zweiten Wert handeln, der jeweils für die durchströmte Fläche des Bauteils 5 repräsentativ ist, also beispielsweise auch um einen Öffnungsgrad des Bauteils 5. Weiterhin kann die Genauigkeit des resultierenden Wertes gesteigert werden, wenn zusätzlich zum ersten Wert und zum zweiten Wert mindestens ein dritter Wert verwendet wird, der für die, insbesondere effektiv, durchströmte Fläche des Bauteils 5 repräsentativ ist und der mittels eines Modells abhängig von einem Ansteuersignal des verstellbaren Bauteils oder abhängig von mindestens einer von dem Ansteuersignal verschiedenen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine 1 ermittelt wird. Im Falle des Ansteuersignals sollte jedoch ein anderes Ansteuersignal als das für die Berechnung des ersten Wertes verwendete Ansteuersignal verwendet werden. Wird für die Bildung des ersten Wertes beispielsweise das Tastverhältnis als Ansteuersignal verwendet, so kann es für den dritten Wert der Ventilhub sein. Bei Verwendung mindestens einer von dem Ansteuersignal verschiedenen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine zur Bildung des mindestens einen dritten Wertes handelt es sich dann um mindestens eine von den zur Bildung des zweiten Wertes verwendeten Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine verschiedene Betriebsgröße, die mit dem Bauteil 5 in Wirkzusammenhang steht.
Bei der Ermittlung des zweiten Wertes Aeff2 gemäß 2 kann es auch vorgesehen sein, dass der zweite Wert Aeff2 durch das zweite Modell in der zweiten Modellierungseinheit 20 abhängig von weniger oder mehr als den dort gezeigten Eingangsgrößen ermittelt wird. Dies besonders dann, wenn statt der Drosselgleichung (1) für die Bildung des zweiten Modells ganz allgemein ein beispielsweise auf einem Prüfstand zu applizierendes Kennfeld für das zweite Modell verwendet wird. Wird nur eine Eingangsgröße für das zweite Modell verwendet, so kann das zweite Modell auch als Kennlinie ausgebildet sein.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine (1) ein verstellbares Bauteil (5) aufweist, das von einem Gas durchströmt wird, und durch dessen Stellung das durchströmende Gas beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Wert, der für eine durchströmte Fläche des Bauteils (5) repräsentativ ist, mit Hilfe eines ersten Modells abhängig von einem Ansteuersignal des Bauteils (5) ermittelt wird und dass mindestens ein zweiter Wert, der für die durchströmte Fläche des Bauteils (5) repräsentativ ist, mit Hilfe eines zweiten Modells abhängig von mindestens einer von dem Ansteuersignal verschiedenen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine (1) ermittelt wird und dass ein resultierender Wert für die durchströmte Fläche als Mittelwert aus dem mindestens einen ersten und dem mindestens einen zweiten Wert gebildet wird, wobei der mindestens eine erste Wert und der mindestens eine zweite Wert gewichtet zur Bildung des resultierenden Wertes gemittelt werden, wobei abhängig von Toleranzen des ersten Modells und/oder abhängig von einer Varianz des Ansteuersignals eine Varianz des mindestens einen ersten Wertes ermittelt wird und wobei die Gewichtung des mindestens einen ersten Wertes abhängig von der Varianz des mindestens einen ersten Wertes ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von Toleranzen des zweiten Modells und/oder abhängig von einer Varianz der mindestens einen von dem Ansteuersignal verschiedenen modellierten oder gemessenen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine (1) eine Varianz des mindestens einen zweiten Wertes ermittelt wird und dass die Gewichtung des mindestens einen zweiten Wertes abhängig von der Varianz des mindestens einen zweiten Wertes ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtung eines Wertes, der für die durchströmte Fläche des Bauteils (5) repräsentativ ist, umso größer gewählt wird, je kleiner dessen Varianz ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Wert mit Hilfe des zweiten Modells abhängig von einem ersten Druck stromauf des Bauteils (5), einem zweiten Druck stromab des Bauteils (5), einer Temperatur stromauf des Bauteils (5) und einem Massenstrom durch das Bauteil (5) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom resultierenden Wert mittels des zweiten Modells ein korrigierter Wert für mindestens eine Eingangsgröße des zweiten Modells gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteil (5) eine Drosselklappe, ein Abgasrückführventil oder eine Turbine gewählt wird.
Vorrichtung (10) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine (1) ein verstellbares Bauteil (5) aufweist, das von einem Gas durchströmt wird, und durch dessen Stellung das durchströmende Gas beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste Modellierungseinheit (15) vorgesehen ist, die einen ersten Wert, der für eine durchströmte Fläche des Bauteils (5) repräsentativ ist, abhängig von einem Ansteuersignal des Bauteils (5) modelliert und dass mindestens eine zweite Modellierungseinheit (20) vorgesehen ist, die einen zweiten Wert, der für die durchströmte Fläche des Bauteils (5) repräsentativ ist, abhängig von mindestens einer von dem Ansteuersignal verschiedenen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine (1) modelliert, und dass eine Mittelwertbildungseinheit (25) vorgesehen ist, die einen resultierenden Wert für die, insbesondere effektiv, durchströmte Fläche als Mittelwert aus dem mindestens einen ersten und dem mindestens einen zweiten Wert bildet, wobei der mindestens eine erste Wert und der mindestens eine zweite Wert gewichtet zur Bildung des resultierenden Wertes gemittelt werden, wobei abhängig von Toleranzen des ersten Modells und/oder abhängig von einer Varianz des Ansteuersignals eine Varianz des mindestens einen ersten Wertes ermittelt wird und wobei die Gewichtung des mindestens einen ersten Wertes abhängig von der Varianz des mindestens einen ersten Wertes ermittelt wird.