DE102018213177B4 - Verfahren zur Leistungsregelung des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Leistungsregelung des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, wobei- für eine aktuelle und eine angestrebte Fahrsituation repräsentative Messewerte (Dm) erfasst werden,- ein für einen Übergang von der aktuellen zur angestrebten Fahrsituation geeigneter Stellgrößenverlauf ermittelt wird und- der ermittelte Stellgrößenverlauf an einem zugeordneten Stellglied eingestellt wird,wobei die Ermittlung des einzustellenden Stellgrößenverlaufs iterativ durch Optimierung in einem modellprädiktiven Optimierungsverfahren erfolgt,dadurch gekennzeichnet,dass ein Optimierungs-Modul (12) und wenigstens ein Modell-Modul (14, 16) derart miteinander wechselwirken, dass das Variieren des Stellgrößen-Vektors und das Auswählen der einzustellenden Stellgröße von dem Optimierungs-Modul (12) ausgeführt werden, während das Berechnen der prädizierten Fahrsituation auf Basis der jeweiligen Vektor-Variante (Uvar) von dem wenigstens einen Modell-Modul ausgeführt wird (14 ,16).

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Leistungsregelung des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, wobei
    • - für eine aktuelle und eine angestrebte Fahrsituation repräsentative Messewerte erfasst werden,
    • - ein für einen Übergang von der aktuellen zur angestrebten Fahrsituation geeigneter Stellgrößenverlauf, insbesondere ein geeigneter Verlauf der Geometriestellung eines VTG-Abgasturboladers, ermittelt wird und
    • - der ermittelte Stellgrößenverlauf an einem zugeordneten Stellglied, insbesondere am Geometriesteller des VTG-Abgasturboladers, eingestellt wird.
  • Gattungsgemäße Leistungsregelungsverfahren sind allgemein bekannt und in allen modernen Kraftfahrzeugen realisiert. Die aktuelle Fahrsituation wird dabei anhand einer Vielzahl von Sensoren erfasst und einem Motorsteuergerät kommuniziert. Die dabei erfassten Messdaten können bspw. Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit, Drehzahl und Ladedruck eines Turboladers, Geometrieeinstellung eines VTG-Turboladers (VTG: variable Turbolader-Geometrie), etc. umfassen. Außerdem wird durch eine weitere Vielzahl von Sensoren eine angestrebte, d. h. vom Fahrer gewünschte Fahrsituation erfasst. Bei den dabei erfassten Messwerten kann es sich bspw. um die Gaspedalstellung oder die Geschwindigkeit der Änderung der Gaspedalstellung handeln. Sofern aktuelle und angestrebte Fahrsituation voneinander abweichen, ist eine Nachregelung erforderlich. Hierzu sollte das Motorsteuergerät einen Stellgrößenverlauf vorgeben, der geeignet ist, die aktuelle Fahrsituation möglichst zügig und ggf. zusätzlich unter Einhaltung weiterer Randbedingungen, wie bspw. Verbrauch oder Schadstoffemission in die angestrebte Fahrsituation zu überführen. Als Stellgröße hat dabei die Geometriestellung des VTG-Turboladers eine besondere Bedeutung.
  • Der für die erforderlichen Berechnungen genutzte Zusammenhang zwischen aktueller und angestrebter Fahrsituation einerseits und geeignetem Stellgrößenverlauf andererseits ist dabei typischerweise in Form sogenannter Kennfelder im Motorsteuergerät hinterlegt. Diese Kennfelder müssen einen weiten Bereich von Fahrsituationen, gewünschten Fahrsituationsänderungen und möglichen Stellgrößen, bzw. Stellgrößenverläufen erfassen. Sie werden typischerweise im Rahmen der Motorentwicklung durch aufwendige Kalibrierungen erzeugt. Derartige Kalibrierungen erfordern langwierige Prüfstand-Untersuchungen, die zeit- und kostenaufwändig sind.
  • Die WO 2016/146 528 A1 offenbart die Möglichkeit, die physikalischen Zusammenhänge im Verbrennungsmotor bzw. im gesamten Kraftfahrzeug mathematisch zu modellieren und die Kalibrierung statt real am Prüfstand virtuell auf Basis des Models rein rechnergestützt durchzuführen. Insbesondere beschäftigt sich die genannte Druckschrift mit der Auswahl und dem Vergleich geeigneter Modelle innerhalb eines Modell-Ensembles.
  • Aus der DE 198 38 754 C1 sind konstruktive Details eines VTG-Abgasturboladers und eines zur Leistungsregelung einsetzbaren Geometriestellers bekannt.
  • Aus der DE 10 2016 101 861 A1 ist ein modellprädiktives Regelverfahren bekannt. Dabei erzeugt ein Anforderungsmodul auf der Grundlage einer Fahrereingabe eine erste Drehmomentanforderung für eine Kraftmaschine. Ein Umsetzungsmodul setzt die erste Drehmomentanforderung in eine zweite Drehmomentanforderung um. Ein Modul für die modellprädiktive Regelung (MPC-Modul) bestimmt auf der Grundlage der zweiten Drehmomentanforderung, eines Modells der Kraftmaschine, einer Tableaumatrix und einer Basislösungsmatrix einen aktuellen Satz von Sollwerten.
  • Aus der US 2014/0 174 413 A1 ist ein zeitdiskreter, ratenbasierter, modellprädiktiver Regler zur Luftpfadregelung einer Dieselmaschine bekannt, welcher eine VGT-Position und eine AGR-Ventilposition durch koordinierte Regelung des Luftdrucks in dem Ansaugkrümmer und der AGR-Rate auf bestimmte Sollwerte reguliert. Dabei wird ein von dem Regler entwickeltes nichtlineares, zeitdiskretes, ratenbasiertes, prädiktives Modell verwendet
  • Aus der US 2017/ 0 363 032 A1 ist eine modellprädiktive Regelung bekannt, welche hybride, quadratische Optimierer zu Lösung eines linearen Machbarkeitsproblems, welches einem nichtlinearen Problem eines Luftpfades eines Dieselmotors entspricht. Die modellprädiktive Regelung löst eine Kostenfunktion, um den Motorbetrieb innerhalb bestimmter Randbedingungen zu optimieren.
  • Nachteilig bei den bekannten Regelungsverfahren ist die beschränkte Präzision des erläuterten Kennfeld-Ansatzes, die im Rahmen dieses Ansatzes nur mit erheblicher Vergrößerung der Kennfeldbreite und -dichte kompensiert werden kann, was zu überbordenden Datenmengen und entsprechendem Kalibrierungsaufwand führt.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Leistungsregelungsverfahren zur Verfügung zu stellen, welches insbesondere einen reduzierten Kalibrieraufwand benötigt.
  • Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Ermittlung des einzustellenden Stellgrößenverlaufs iterativ durch Optimierung in einem modellprädiktiven Optimierungsverfahren erfolgt.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Modellprädiktive Regelungsverfahren sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Sie beruhen auf der Erkenntnis, dass die Zusammenhänge jedes zu regelnden Systems grundsätzlich durch ein mathematisches Modell, d. h. durch einen Satz von Gleichungen, insbesondere von linearen und nicht-linearen Differentialgleichungen, beschreibbar ist. Erhält ein solches Modell konkrete, eine aktuelle Systemsituation beschreibende Werte sowie einen konkreten Stellgrößenwert als Eingangsdaten, lässt sich eine künftige Systemsituation berechnen, die sich ergäbe, wenn die fragliche Stellgröße bei der genannten, aktuellen Systemsituation tatsächlich angewendet würde. Wird zudem zuvor auf Grund bestimmter Vorgaben eine angestrebte Systemsituation definiert, lässt sich durch Vergleich mehrerer berechneter zukünftiger Systemsituationen mit der vorgegebenen angestrebten Systemsituation ein Maß dafür angeben, wie gut der jeweils in das Modell eingespeiste Stellgrößenwert geeignet ist, die aktuelle Systemsituation in die angestrebte Systemsituation zu überführen. Dieses Maß, welches im Wesentlichen der „Differenz“ der zu vergleichenden Systemsituationen entspricht, wird auch als Gütemaß bezeichnet. Konkret wird das Gütemaß als zeitliches Integral über die Differenz(en) einer oder mehrerer Regelgrößen definiert, wobei die Integration üblicherweise von Null bis zu einem vorgegebenen, zukünftigen Zeitpunkt, dem sogenannten Prädiktionshorizont, erfolgt. Die für eine Regelung erforderliche, eigentliche Optimierung erfolgt, indem der in das Modell einzuspeisende Stellgrößenwert mehrfach variiert und jede Variante in das Model eingespeist wird, sodass sich eine entsprechende Menge an Gütemaßen ergibt, deren kleinstes als Hinweis darauf interpretiert werden kann, dass der entsprechende Stellgrößenwert die für die angestrebte Systemänderung geeignetste Einstellung repräsentiert.
  • Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, dieses theoretisch bekannte Optimierungsverfahren auch auf die Leistungsregelung eines Verbrennungsmotors, insbesondere auf die Geometrieeinstellung dessen VTG-Abgasturboladers anzuwenden.
  • In der konkreten Umsetzung sieht die Erfindung vorzugsweise vor, dass in jedem Ermittlungsschritt ein den Stellgrößenverlauf repräsentierender Stellgrößen-Vektor mehrfach variiert und jede Vektor-Variante einem hinterlegten Prädiktionsmodell unterworfen wird, welches auf Basis der die aktuelle Fahrsituation repräsentierenden Messwerte sowie der jeweiligen Vektor-Variante einen prädizierten Fahrsituationsverlauf berechnet, wobei für jede Vektor-Variante ein globales Gütemaß berechnet wird, welches jeweils die Abweichung der für einen vorgegebenen, zeitlichen Prädiktionshorizont prädizierten Fahrsituation von der angestrebten Fahrsituation repräsentiert, und wobei als einzustellende Stellgröße der Wert des ersten Elementes derjenigen Vektor-Variante ausgewählt wird, auf deren Basis sich diejenige Prädiktion mit dem kleinsten globalen Gütemaß ergibt.
  • In Erweiterung des oben erläuterten, prinzipiellen Optimierungsverfahrens sieht die Erfindung also vorzugsweise vor, dass nicht nur ein einzelner (skalarer) Stellgrößenwert in das Prädiktionsmodell eingespeist wird, sondern vielmehr ein Stellgrößen-Vektor, der einen konkreten Stellgrößenverlauf repräsentiert, d. h. dessen Elemente unterschiedlichen Stellgrößenwerten zu unterschiedlichen, vorgegebenen zukünftigen Zeitpunkten entsprechen. Der Vergleich der resultierenden Gütemaße, die hier aus weiter unten noch klar werdenden Gründen als globale Gütemaße bezeichnet werden, entspricht also nicht einem Vergleich singulärer Einstellungen der Stellgröße, sondern vielmehr einem Vergleich ganzer Stellgrößenverläufe, was die Gefahr eines „Entgleisens“ der Regelung deutlich verringert. Selbstverständlich kann die konkrete Einstellung des Stellgliedes, insbesondere des Geometriestellers des VTG-Abgasturboladers, die als Ergebnis des jeweiligen Ermittlungsschrittes vorgenommen wird, nur einen konkreten Stellgrößenwert betreffen. Bevorzugt wird hierfür auf das (zeitlich) erste Element derjenigen Vektor-Variante genommen, die das Beste, d. h. das kleinste globale Gütemaß gezeitigt hatte.
  • Der sich anschließende Ermittlungsschritt dient einerseits der Überprüfung bzw. Korrektur des im vorrangegangenen Ermittlungsschritt gefundenen Stellgrößenverlaufs und zum Anderen dessen Ergänzung um einen weiteren, späteren Zeitpunkt. Daher wird bevorzugt, dass als Stellgrößen-Startvektor für das Variieren des Stellgrößen-Vektors jeweils ein Stellgrößen-Vektor dient, dessen erstes bis vorletztes Element dem zweiten bis letzten Element derjenigen Vektor-Variante entsprechen, die im vorangegangenen Ermittlungsschritt als diejenige Vektor-Variante mit dem kleinsten globalen Gütemaß ermittelt wurde. Ein solcher Stellgrößen-Vektor liegt nämlich, Korrektheit des vorangegangenen Ermittlungsschritts und keine wesentliche Änderung der angestrebten Fahrsituation vorausgesetzt, äußerst nahe am tatsächlich optimalen Stellgrößen-Vektor, sodass das erläuterte Optimierungsverfahren sehr schnell konvergieren sollte. Als Abbruchkriterium für die Optimierung in jedem Ermittlungsschritt können bspw. Absolutwerte für das absolute Gütemaß und/oder dessen Gradienten dienen.
  • Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise in Software zu realisieren. Im Hinblick auf die Datenverarbeitungseffizienz hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn innerhalb der Software ein Optimierungs-Modul und wenigstens ein Modell-Modul derart miteinander wechselwirken, dass das Variieren des Stellgrößen-Vektors und das Auswählen der einzustellenden Stellgröße von dem Optimierungs-Modul ausgeführt werden, während das Berechnen der prädizierten Fahrsituation auf Basis der jeweiligen Vektor-Variante von dem wenigstens einen Modell-Modul ausgeführt wird. Einzelnen (Software-)Modulen werden also klar unterschiedene Aufgaben zugeordnet, deren jeweilige Rechenschritte im Wesentlichen unabhängig voneinander und mit eigenen Taktraten durchgeführt werden können. Lediglich einzelne Werte müssen ausgetauscht werden. Insbesondere müssen die im Optimierungs-Modul bestimmten Vektor-Varianten an das oder die Modell-Module und umgekehrt das oder die in den Modell-Modulen ermittelten Gütemaße an das Optimierungs-Modul kommuniziert werden.
  • Bei einer konsequenten Weiterbildung dieses Ansatzes ist vorgesehen, dass mehrere miteinander kommunizierende Modell-Module vorgesehen sind, in denen jeweils ein anderes Teilmodell des Prädiktionsmodells implementiert ist, wobei von jedem Modell-Modul ein teilmodellspezifisches Gütemaß berechnet und an das Optimierungs-Modul kommuniziert wird, welches dann das globale Gütemaß aus den teilmodellspezifischen Gütemaßen berechnet. So kann bspw. in einem ersten Modell-Modul ein erstes, das Verhalten des Verbrennungsmotors modellierendes Motor-Modell und in einem zweiten Modell-Modul ein zweites, die Längsdynamik des Kraftfahrzeugs modellierendes Fahrzeug-Modell implementiert sein. Beide Modell-Module stehen miteinander im Datenaustausch, führen im Übrigen ihre Berechnungen jedoch im Wesentlich unabhängig voneinander durch. Insbesondere kann das erste Modell-Modul prädizierte Werte für ein effektives Motormoment an das zweite Modell-Modul und das zweite Modell-Modul prädizierte Werte für die Motordrehzahl (berechnet aus prädizierter Fahrzeuggeschwindigkeit und aktueller Übersetzung) an das das erste Modell-Modul kommunizieren. Bei diesen Größen handelt es sich um die Berechnung im jeweiligen Modul beeinflussende, allerdings im jeweils anderen Modul berechnete bzw. prädizierte Größen. Auch hier wird dem Ansatz einer weitestgehenden Aufgabenverteilung bei Aufrechterhaltung einer minimalen Kommunikation zwischen den einzelnen Modulen gefolgt.
  • Wie oben bereits erwähnt, kann jedes Modell-Modul ein „eigenes“, teilmodellspezifisches Gütemaß berechnen und an das Optimierungs-Modul kommunizieren, wo aus den einzelnen, teilmodellspezifischen Gütemaßen das globale Gütemaß ermittelt wird, welches dann mit anderen, in weiteren Optimierungsschritten innerhalb desselben Ermittlungsschritts ermittelten globalen Gütemaßen verglichen wird. Bevorzugt ist vorgesehen, dass zum Berechnen des globalen Gütemaßes aus den teilspezifischen Gütemaßen eine situationsabhängige Wichtung der teilmodellspezifischen Gütemaße erfolgt. Diese Wichtung kann bspw. auf Basis externer Daten erfolgen. Infrage kommen hier insbesondere Navigationsdaten eines Navigationsgerätes sowie Flotten- und/oder Verkehrssituationsdaten, die z.B. aus einer über Mobilfunk zugänglichen Cloud geladen werden können. Z.B. Kann es im dichten Verkehr, bspw. in einer innerstädtischen Stausituation, günstig sein, ein die Motoreffizienz und Schadstoffvermeidung mitberücksichtigendes Gütemaß aus dem Motor-Modell-Modul höher zu wichten als ein die Maximalbeschleunigung berücksichtigendes Gütemaß aus dem Fahrzeug-Modell-Modul. Auch aktuelle Steigungs- und/oder Wetterinformationen können, ebenso wie flottenstrategische Aspekte, in die Wichtung miteinbezogen werden.
  • Auf Grund der Vielzahl von in modernen Kraftfahrzeugen eingesetzten Steuergeräten ist deren Kostenaspekt von besonderer Bedeutung. Insbesondere steigt der Preis mit zunehmender Komplexität der Steuergeräte überproportional an. Es ist daher grundsätzlich günstig, eher eine größere Anzahl einfacher Steuergeräte zu verwenden, als eine geringere Anzahl von Steuergeräten höherer Komplexität. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Verfahrensdurchführung auf mehrere Steuergeräte des Kraftfahrzeugs verteilt ist. Insbesondere wird bevorzugt, dass unterschiedliche Module in unterschiedlichen, miteinander kommunizierenden Steuergeräten implementiert sind. Dies erlaubt es, für jedes Modul ein jeweils optimiertes, einfaches Steuergerät zu verwenden. So müssen bspw. die Modell-Module gegenüber dem Optimierungs-Modul im deutlichen Over-Sampling betrieben werden. Eine entsprechend hohe Taktung für sämtliche Aufgaben des erfindungsgemäßen Verfahrens ist jedoch nicht erforderlich. Insofern erlaubt die Verteilung der einzelnen Aufgaben nicht nur auf unterschiedliche (Software-)Module, sondern auch auf unterschiedliche (Hardware-)Steuergeräte eine insbesondere im Hinblick auf den Preis optimierte Konstellation.
  • Die Berücksichtigung externer Daten bei der Wichtung unterschiedlicher teilmodellspezifischer Gütemaße wurde oben bereits erläutert. Analog ist es auch möglich, die aktuelle Fahrsituation unter Berücksichtigung solcher Daten zu beschreiben. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die die aktuelle Fahrsituation repräsentierenden Messwerte Navigationsdaten eines Navigationsgerätes des Kraftfahrzeugs und/oder Flotten- und/oder Verkehrssituationsdaten aus einer über Mobilfunk angeschlossenen Cloud umfassen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
  • Es zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 zeigt in stark schematisierter Weise eine bevorzugte Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Kraftfahrzeug. 1 stellt mehrere Varianten gleichzeitig dar, die sich insbesondere in der Abgrenzung bzw. Zusammenfassung einzelner Elemente unterscheiden, was in 1 durch die Verwendung durchgezogener, gestrichelter und strichpunktierter Linien illustriert ist.
  • Zunächst soll die ausschließlich durch durchgezogene Linien illustrierte Ausführungsform beschrieben werden. Hier ist das gesamte Verfahren in einem Motorsteuergerät 10 implementiert. Dort sind die drei zentralen Verfahrensmodule, nämlich das Optimierungs-Modul 12, das Motor-Modell-Modul 14 und das Fahrzeug-Modell-Modul 16 in Software realisiert. Weiter ist im Motorsteuergerät 10 ein im Wesentlichen bekanntes, eigentliches Motorsteuerungs-Modul 18 realisiert. Dieses Motorsteuerungs-Modul 18 setzt Vorgaben, die es aus dem Optimierungs-Modul 12 erhält, in geeignete Steuerbefehle an die Motor-Hardware um. Diese Vorgaben erhält es in Form des optimierten Stellgrößen-Vektors Uopt als Ergebnis der im Optimierungs-Modul durchgeführten Optimierung. Der optimierte Stellgrößen-Vektor Uopt ist eine zeitlich geordnete Reihe von Werten, die nacheinander als Stellgrößen an einem entsprechenden Stellglied einzustellen sind. Sofern Wertereihen unterschiedlicher Stellgrößen für unterschiedliche Stellglieder betroffen sind, nimmt Uopt die Form einer Matrix an.
  • Wie allgemein üblich, verfügt das Motorsteuerungs-Modul stets über etliche aktuelle Messwerte, betreffend die aktuelle Motorfunktion. Diese werden bspw. direkt über ein angeschlossenes Sensorsystem erfasst oder indirekt aus den erfassten Daten berechnet. Derartige Messdaten Dm werden vom Motorsteuerungs-Modul 18 an das Motor-Modell-Modul 14 geliefert. Dieses speist damit das in ihm hinterlegte mathematische Modell des zu regelnden Motors. Als weitere Eingangsdaten erhält das Motor-Modell-Modul 14 im Rahmen des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens unterschiedliche Vektor-Varianten Uvar. Wie im allgemeinen Teil der Beschreibung ausführlich erläutert, sind diese Vektor-Varianten Varianten des zu optimierenden Stellgrößen-Vektors, die im Motor-Modell-Modul 14 auf ihre Angemessenheit in der aktuellen Situation überprüft werden sollen. Hierzu werden sie, wie oben erläutert, gemeinsam mit den die aktuelle Fahrsituation repräsentierenden Messdaten Dm dem im Motor-Modell-Modul 14 hinterlegten Motor-Modell unterworfen, was für jede Vektor-Variante Uvar ein Gütemaß JA ergibt. Dieses Motor-Gütemaß JA wird an das Optimierungs-Modul 12 zur weiteren Entscheidungsfindung zurückgegeben.
  • Im Rahmen der Modellrechnung generiert das Motor-Modell-Modul 14 prädizierte Werte für das effektive Motormoment M und benötigt unter anderem prädizierte Werte n der Motordrehzahl. Über diese Werte M und n steht das Motor-Modell-Modul 14 mit dem Fahrzeug-Modell-Modul 16 im Datenaustausch. Hier ist ein vereinfachtes Modell der Fahrzeuglängsdynamik hinterlegt, welches aus verschiedenen, internen Messdaten (nicht dargestellt) sowie vorzugsweise auch aus externen Daten, bspw. aus Navigationsdaten Dnav eines Navigationsgerätes 20, gespeist wird. Insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit ist ein Prädiktionswert des Fahrzeug-Modell-Moduls 16, aus welchem über die Kenntnis der aktuellen Übersetzung die Motordrehzahl n berechnet und als Eingabewert an das Motor-Modell-Modul übergeben werden kann.
  • Die Modellberechnung im Fahrzeug-Modell-Modul 16 generiert für jedes ihm übergebene, prädizierte Effektivmoment M, d. h. im Ergebnis für jede Vektor-Variante Uvar, ein Fahrzeug-Gütemaß JB, welches an das Optimierungs-Modul 12 übergeben wird.
  • Das Optimierungs-Modul 12 generiert also für jeden Ermittlungsschritt eine Vielzahl von Vektor-Varianten Uvar und erhält für jede Vektor-Variante Uvar ein Motor-Gütemaß JA und ein Fahrzeug-Gütemaß JB. Aus diesen Gütemaßen JA, JB wird ein globales Gütemaß berechnet, das zur globalen Bewertung der zugeordneten Vektor-Variante Uvar dient. Bei der Berechnung des globalen Gütemaßes kann eine Wichtung der modellspezifischen Gütemaße JA, JB erfolgen. Eine entsprechende Wichtungsvorgabe w wird bei der dargestellten Ausführungsform von einem Parametrisierungs-Modul 22 geliefert, das interne Voreinstellungen im Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) sowie externe Daten Dx aus einer über Mobilfunk angeschlossenen Cloud berücksichtigen kann. Bspw. können hier flottenstrategische und verkehrssituationsabhängige Aspekte einfließen. Denkbar ist auch die in 1 nicht dargestellte Kopplung mit dem Navigationsgerät 20.
  • Wie erläutert, wird im Optimierungs-Modul 12 also für jede Vektor-Variante Uvar ein globales Gütemaß berechnet, was das Optimierungs-Modul 12 am Ende jedes Ermittlungsschrittes in die Lage versetzt, die in der gegebenen Situation optimale Vektor-Variante zu identifizieren und als optimalen Stellgrößen-Vektor Uopt zur tatsächlichen Umsetzung an das Motorsteuerungs-Modul 18 auszugeben.
  • Jeder Ermittlungsschritt umfasst also eine Vielzahl von Optimierungsschritten, bei denen jeweils eine Vektor-Variante Uvar generiert und in den Modell-Modulen 14, 16 „getestet“ wird. Die Generierung jeder Vektor-Variante Uvar erfolgt vorzugsweise gemäß vorgegebener Regeln, die insbesondere die Auswertung einer oder mehrerer vorhergegangener Vektor-Varianten Uvar mit berücksichtigt.
  • Der Fachmann wird verstehen, dass die Optimierung, wie sie in den Optimierungs- und Modell-Modulen 12, 14, 16 durchgeführt wird, gegenüber der sukzessiven Lieferung von Stellvektoren Uopt an das Motorsteuerungs-Modul 18 im Over-Sampling zu erfolgen hat. Unter Berücksichtigung der Besonderheiten der Technik und des Marktes für Steuergeräte kann es daher sinnvoll sein, die besagten Module 12, 14, 16 vom eigentlichen Motorsteuergerät 10 zu trennen und in ein separates Steuergerät 10' auszulagern, wie dies als Variante in 1 durch die gestrichelte Linie angedeutet ist.
  • Allerdings wird der Fachmann auch erkennen, dass auch die Modell-Module 14, 16 gegenüber dem Optimierungs-Modul 12 im Over-Sampling betrieben werden müssen. Es kann daher sinnvoll sein, wie in 1 durch die strichpunktierten Linien dargestellt, jedes der Module 12, 14, 16 in ein eigenes Steuergerät 12', 14', 16' auszulagern. Wird eine solche Isolierungsstrategie konsequent umgesetzt, führt dies anstelle eines komplexen Steuergerätes zu einer Vielzahl sehr einfacher Steuergeräte, die mit unterschiedlichen Taktraten betrieben werden können und untereinander im Datenaustausch stehen. Der optimale Grad einer solchen Funktionsisolierung ist vom Fachmann im Hinblick auf die Fragestellungen des Einzelfalls und insbesondere auf den aktuellen Stand der Steuergerätetechnik und des Steuergerätemarktes abzuwägen.
  • Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Motorsteuergerät
    12
    Optimierungs-Modul
    12'
    Optimierungs-Steuergerät
    14
    Motor-Modell-Modul
    14'
    Motor-Modell-Steuergerät
    16
    Fahrzeug-Modell-Modul
    16'
    Fahrzeug-Modell-Steuergerät
    18
    Motorsteuerungs-Modul
    20
    Navigationsgerät
    22
    Parametrisierungs-Modul
    24
    Cloud
    JA
    Motor-Gütemaß
    JB
    Fahrzeug-Gütemaß
    Uvar
    Vektor-Variante
    Uopt
    optimierter Stellgrößen-Vektor
    Dm
    Messdaten
    Dnav
    Navigationsdaten
    Dx
    externe Daten
    w
    Wichtungsvorgaben
    M
    prädiziertes Motoreffektivmoment
    n
    prädizierte Motordrehzahl

Claims (13)

  1. Verfahren zur Leistungsregelung des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, wobei - für eine aktuelle und eine angestrebte Fahrsituation repräsentative Messewerte (Dm) erfasst werden, - ein für einen Übergang von der aktuellen zur angestrebten Fahrsituation geeigneter Stellgrößenverlauf ermittelt wird und - der ermittelte Stellgrößenverlauf an einem zugeordneten Stellglied eingestellt wird, wobei die Ermittlung des einzustellenden Stellgrößenverlaufs iterativ durch Optimierung in einem modellprädiktiven Optimierungsverfahren erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Optimierungs-Modul (12) und wenigstens ein Modell-Modul (14, 16) derart miteinander wechselwirken, dass das Variieren des Stellgrößen-Vektors und das Auswählen der einzustellenden Stellgröße von dem Optimierungs-Modul (12) ausgeführt werden, während das Berechnen der prädizierten Fahrsituation auf Basis der jeweiligen Vektor-Variante (Uvar) von dem wenigstens einen Modell-Modul ausgeführt wird (14 ,16).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als geeigneter Stellgrößenverlauf ein geeigneter Verlauf der Geometriestellung eines VTG-Abgasturboladers ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Stellgrößenverlauf am Geometriesteller des VTG-Abgasturboladers eingestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Ermittlungsschritt ein den Stellgrößenverlauf repräsentierender Stellgrößen-Vektor mehrfach variiert und jede Vektor-Variante (Uvar) einem hinterlegten Prädiktionsmodell unterworfen wird, welches auf Basis der die aktuelle Fahrsituation repräsentierenden Messwerte sowie der jeweiligen Vektor-Variante (Uvar) einen prädizierten Fahrsituationsverlauf berechnet, wobei für jede Vektor-Variante (Uvar) ein globales Gütemaß berechnet wird, welches jeweils die Abweichung der für einen vorgegebenen, zeitlichen Prädiktionshorizont prädizierten Fahrsituation von der angestrebten Fahrsituation repräsentiert, und wobei als einzustellende Stellgröße der Wert des ersten Elementes derjenigen Vektor-Variante (Uvar) ausgewählt wird, auf deren Basis sich diejenige Prädiktion mit dem kleinsten globalen Gütemaß ergibt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellgrößen-Startvektor für das Variieren des Stellgrößen-Vektors jeweils ein Stellgrößen-Vektor dient, dessen erstes bis vorletztes Element dem zweiten bis letzten Element derjenigen Vektor-Variante (Uvar) entsprechen, die im vorangegangenen Ermittlungsschritt als diejenige Vektor-Variante mit dem kleinsten globalen Gütemaß (Uopt) ermittelt wurde.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere miteinander kommunizierende Modell-Module (14, 16) vorgesehen sind, in denen jeweils ein anderes Teilmodell des Prädiktionsmodells implementiert ist, wobei von jedem Modell-Modul (14, 16) ein teilmodellspezifisches Gütemaß (JA, JB) berechnet und an das Optimierungs-Modul (12) kommuniziert wird, welches dann das globale Gütemaß aus den teilmodellspezifischen Gütemaßen (JA, JB) berechnet.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Berechnen des globalen Gütemaßes aus den teilmodellspezifischen Gütemaßen (JA, JB) eine situationsabhängige Wichtung der teilmodellspezifischen Gütemaße (JA, JB) erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wichtung auf Basis von Navigationsdaten (Dnav) eines Navigationsgerätes (20) des Kraftfahrzeugs und/oder Flotten- und/oder Verkehrssituationsdaten (Dx) aus einer über Mobilfunk angeschlossenen Cloud (24) erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Modell-Modul (14) ein erstes, das Verhalten des Verbrennungsmotors modellierendes Motor-Modell und in einem zweiten ModellModul (16) ein zweites, die Längsdynamik des Kraftfahrzeugs modellierendes Fahrzeug-Modell implementiert ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Modell-Modul (14) prädizierte Werte für ein effektives Motormoment (M) an das zweite Modell-Modul (16) und das zweite Modell-Modul prädizierte Werte für die Motordrehzahl (n) an das erste Modell-Modul (14) kommuniziert.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensdurchführung auf mehrere Steuergeräte (12 , 14', 16') des Kraftfahrzeugs verteilt ist.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Module (12, 14, 16) in unterschiedlichen, miteinander kommunizierenden Steuergeräten (12', 14', 16') implementiert sind.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die die aktuelle Fahrsituation repräsentierenden Messwerte Navigationsdaten (Dnav) eines Navigationsgerätes (20) des Kraftfahrzeugs und/oder Flotten- und/oder Verkehrssituationsdaten (Dx) aus einer über Mobilfunk angeschlossenen Cloud (24) umfassen.
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