考虑凸轮轴设定器的动态性预估换气阀打开和关闭时间点的制作方法

1.本发明涉及用于在考虑凸轮轴设定器的动态性的情况下预估内燃机、尤其汽油机的换气阀的打开和关闭时间点的方法以及用于实施该方法的计算机程序和发动机控制器。


背景技术：

2.尤其对汽油机而言，在燃烧室中的新鲜空气份额必须经由在发动机控制器中的充气量获取函数(f
ü
llungserfassungsfunktion)获取。针对带有凸轮轴调整的发动机，凸轮轴的相应的位置作为输入值一同进入到充气量获取函数中。充气量获取函数的计算针对限定的曲轴角度进行。在燃烧室中的新鲜空气份额主要受通过凸轮轴操控的换气阀的打开和关闭的时间点影响。通过凸轮轴调整改变所述时间点。
3.充气量获取函数的计算的时间点在时间上处于换气阀的打开和关闭之前。在计算和阀的打开或者关闭之间的时段内，凸轮轴通过调整单元进一步相对于曲轴调整。由此产生实际上与在充气量获取的计算中所使用的不同的打开和关闭时间点。在计算与阀的真实的打开和关闭时间点之间的这种差异导致在充气量计算中的误差。尤其米勒发动机和阿特金森发动机对凸轮轴位置的误差是敏感的。
4.与实际充气量的偏差尤其导致有误差地计算燃料质量且由此导致增加的有害物质排放。它们此外对行驶特性产生不利影响。为了使充气量误差最小化，在计算充气量获取函数的时间点时必须已知凸轮轴的位置或者由此产生的换气阀的打开和关闭时间点。由此需要预估将来的凸轮轴位置和/或换气阀的打开和关闭时间点。
5.由德国公开文献de 10 2015 215 813 a1已知一种用于预估凸轮轴的相位的方案。在所描述的方法中将整个凸轮轴位置调节回路模拟(approximieren，有时称为近似)为pt1环节(glied，有时称为元件)。
6.此外已知一种根据凸轮轴的速度进行线性的外推的方案。
7.然而，带有这种功能性的第一批量使用尤其在凸轮轴相位的动态的理论值改变的情况下在预估质量方面已经还呈现出改善需求。


技术实现要素：

8.本发明的任务因此是提出一种用于在考虑凸轮轴设定器的动态性的情况下预估凸轮轴相位的改进的方法，其尤其在动态的凸轮轴调整时表现出更高的精度且同时具有节省资源的实施以及低的应用耗费。
9.该任务通过根据本发明的方法、根据本发明的计算机程序和根据本发明的发动机控制器解决。
10.本发明的其它有利的设计方案由本发明的优选的实施例的下面的描述中得到。
11.在根据本发明的用于预估凸轮轴相位的方法中，通过传递函数模拟包括至少一个调整装置的调节回路或调节回路的一部分且基于该传递函数获得将来的凸轮轴相位。
12.根据本发明设置成，传递函数是it1传递环节且根据如下方程获得预估的凸轮轴
相位(y_pred)：，其中，y_pred：预估的凸轮轴相位，y_ist：当前的凸轮轴相位，h_pred：在凸轮轴传感轮的当前的边沿(flanke)与“阀打开”或者“阀关闭”的角度值之间的角距，且v_mean：以
°
kw/s表示的平均的调整速度。
13.备选地，代替占空比也可将调整速度视为it1环节的输入。在此非线性器件与低通滤波器的顺序互换。
14.在这种情况中，代替低通滤波器+已知的预估方程也可直接使用传统的it1环节的时间离散的变型。因此例如经由双线性变换(tustin)或通过z变换在时间离散的区域中转变。后者得到：，v(k)是在低通滤波器之前的调整速度。h是采样时间，其可由预估范围(pr
ä
diktionshorizont)h_pred和转速n_mot如下确定：。
15.为了在模型误差的情况中预估未漂移，如以前那样采用实际值，其中代入和。因此预估方程如下表示：，y_ist_old在此是来自先前的时间步的凸轮轴实际值。
16.调节回路例如可为闭合的调节回路。在一种优选的实施例中，调节回路为调节回路的一部分、尤其为仅仅对凸轮轴相位设定器的模拟，代替包含位置获取和调节的整个系统。
17.根据本发明，不同于pt1环节经由隐含的it1环节进行模拟。
18.根据本发明的方法相比于线性外推或者相比于pt1传递环节的优点是，尤其在快速的理论值移动时预估精度更高，和不存在因确定调整速度引起的相移动。此外，根据本发明的方法使节省资源的实施和小的应用耗费成为可能。
19.在本发明的一种优选的实施例中，可借助于综合特性曲线确定传递函数的平均的调整速度v_mean。
20.此外优选地，除了油压、油温和发动机转速外，综合特性曲线还包括凸轮轴相位设定器的经滤波的相对的或绝对的占空比。
21.相对的占空比基于凸轮轴相位设定器的操控占空比减去保持占空比(即用于将相位设定器不动地保持在当前位置中的占空比)获得。尤其为了计算相对的占空比，不仅减去保持占空比，而且减去凸轮轴位置调节器的i分量。因此至少慢的i分量，其为用于来自综合特性曲线的保持占空比的一种适配值。
22.在本发明的一种优选的实施方式中，借助于低通对相对的占空比进行滤波。例如可设置一阶低通。
23.在根据本发明的方法的一种优选设计中，滤波器时间常数取决于油压、油温和发动机转速且借助于综合特性曲线来确定，其中滤波器时间常数优选地取决于油压、油温、发动机转速和必要时凸轮轴的调整方向且借助于综合特性曲线来确定。
24.不仅在确定相对的占空比时而且在确定滤波器时间常数时，优选地可针对进气和
排气凸轮轴使用不同的参数组。
25.在获得相应的综合特性曲线时对此可进行单独的参数化(bedatung)。由此有利地考虑用于进气和排气凸轮轴的相位设定器的不同的动态性。由此可再次提高该方法的精度。
26.尤其在对相对的占空比的低通滤波时，也可使用更高阶的滤波器。
27.该方法尤其可用于在换气阀的打开和/或关闭的时间点时获得预估的将来的凸轮轴相位。
28.获得的预估的在阀的打开或关闭的时间点时的凸轮轴相位可以有利的方式使用在充气量获取函数中，以为了优化在机动车的燃烧室中的新鲜空气份额。与实际充气量的偏差的修正尤其可导致燃料质量的改进的计算且由此导致减少有害物质排放。该修正此外还可对行驶特性产生正面影响。
29.本发明此外还涉及一种计算机程序，其设计成用于实施在此描述的方法。计算机程序例如可在发动机控制器中执行，以为了实施在此描述的方法。
附图说明
30.本发明的实施例现在示例性地且参考附图描述，在其中：图1示意性地显示了用于预估将来的凸轮轴相位的方法的实施例；图2示意性地显示了用于预估将来的凸轮轴相位的发动机控制器的实施例。
具体实施方式
31.在根据本发明的用于预估凸轮轴的将来的相位y_pred的方法中，通过it1传递函数来模拟包括用于凸轮轴的调整装置的调节回路的一部分，且基于传递函数获得将来的凸轮轴相位。传递函数g在考虑凸轮轴设定器的动态性情况下模拟系统的特性。传递函数具有作为输入变量的平均调整速度v_mean和作为输出变量的预估的凸轮轴相位y_pred。传递函数g对系统特性建模(modellieren，有时称为仿真)，即系统的输出变量y_pred如何对输入变量v_mean的变化做出反应。
32.如开头描述的那样，在燃烧室中的新鲜空气份额主要受通过凸轮轴操控的换气阀的打开和关闭的时间点影响。所述时间点可等效地理解为曲轴角度位置。通过凸轮轴调整改变角度。通过获得最佳的充气量且相应地调节通过凸轮轴操控的换气阀的打开和关闭的时间点，凸轮轴调节优化了在机动车的燃烧室中的新鲜空气份额。
33.图1示意性地显示了用于预估将来的凸轮轴相位的方法的实施例。在步骤s1中，读入由发动机控制单元获得的当前的凸轮轴相位y_ist。在步骤s1中，例如通过评估综合特性曲线和相应的由发动机控制单元提供的过程变量，或通过调用发动机控制部或凸轮轴调节部的值，确定当前的凸轮轴相位y_ist。实际相位y_ist尤其通过当前的凸轮轴边沿的识别的时间点(或者当前的曲轴位置)与在凸轮轴未调整的情况下所存储的参考曲轴位置的比较来获得。在此还可考虑其它的修正。
34.在步骤s2中，获得在凸轮轴传感轮的上次的测量的边沿与阀打开点之间的角距h_pred。在步骤s3中，例如通过读出综合特性曲线来确定以
°
kw/s给定的平均调整速度v_mean。在步骤s4中，由发动机控制部调用当前的发动机转速n_mot。在步骤s5中，基于发动机
转速n_mot、平均调整速度v_mean和角距h_pred，借助于方程来计算将来的凸轮轴相位y_pred。
35.建模的调整速度v_mean可理解为积分器增益与滤波占空比的乘积。预估方程类似地是带有其它变化的积分器。通常，积分方程为y_pred(k+1)=y_pred(k)+t_s*v_mean。t_s是预估时间。该预估时间可由在曲轴角度中的预估范围h_pred通过除以曲轴角速度6*n_mot来得到。在此在预估方程的分母中的项
“‑
v_mean)现在具有特殊性，通过该项考虑由于凸轮轴调整引起的预估时间的减小或增大。此外未使用来自于上一次的或者当前的时间步的预估值，因为由此预估的nw位置在(例如在建模的调整速度中)的模型误差的情况中漂移。替代地，使用nw实际值y_ist。这表示变型的、非线性的it1环节。该it1环节是非线性的，因为积分器增益取决于经滤波的占空比。
36.在步骤s6中，把如此模拟的将来的凸轮轴相位y_pred提供给发动机控制器或另外的控制装置使用且例如优选提供给充气量获取函数。
37.图2示意性地显示了用于预估将来的凸轮轴相位的发动机控制器的实施例。发动机控制器1包括凸轮轴调节单元2、充气量获取函数单元3和凸轮轴预估单元4。根据上文描述的方法，凸轮轴预估单元4获得预估的将来的凸轮轴相位y_pred且将其提供给充气量获取函数单元3。凸轮轴调节单元2基于充气量获取函数单元3的输出来调节凸轮轴位置且将相应的控制信号输出到凸轮轴调整器9处。带有相应传感器的凸轮轴传感轮5把测量信号提供给发动机控制器，所述测量信号允许推断出凸轮轴的当前位置。带有相应传感器的曲轴传感轮6将测量信号提供给发动机控制器1，所述测量信号允许推断出曲轴的当前位置。发动机控制器1可基于这些信号例如获得当前的发动机转速n_mot。其它构件如油温传感器7和油压传感器8把影响过程特性的变量(如例如油温或油压)提供给发动机控制器。基于这些变量，凸轮轴预估单元4例如可获得传递函数的平均的调整速度v_mean。调整速度根据不同的发动机参数如转速或油压、油温和针对相位设定器的占空比存储在综合特性曲线中。相对的占空比基于凸轮轴相位设定器的操控占空比减去保持占空比(即用于将相位设定器不动地保持在当前位置中的占空比)来获得。此外，优选地借助于低通对相对占空比进行滤波。例如可设置一阶低通。在确定相对占空比时和也在确定滤波器时间常数时，优选地针对进气和排气凸轮轴使用不同的参数组。对此在获得分别的综合特性曲线时可进行单独的参数化。
38.参考标号列表1 发动机控制器2 凸轮轴调节单元3 充气量调节单元4 凸轮轴预估单元5 凸轮轴传感轮6 曲轴传感轮7 油温传感器8 油压传感器
9 凸轮轴调整器s1 确定凸轮轴相位y_ists2 确定角距h_preds3 确定平均的调整速度v_means4 调用发动机转速n_mots5 计算预估的将来的凸轮轴相位y_preds6 输出预估的将来的凸轮轴相位y_predg 传递函数n_mot 发动机转速y_pred 将来的凸轮轴相位y_ist 当前的凸轮轴相位h_pred 角距v_mean 以
°
kw/s表示的平均的调整速度