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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Steuerstrategien
für elektronisch
gesteuerte Motoren und insbesondere auf die Steuerung eines Motors
mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Steuerstrategien, die Emissionsregelungen
erfüllen.
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Hintergrund
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In
vielen Rechtssprechungen, einschließlich derer der Vereinigten
Staaten und Europas, muss eine kombinierte Einheit aus Motor und
Steuerstrategie ein Zertifikat bezüglich der Erfüllung der
Emissionsregelungen erhalten, um mit dem Gesetz in Übereinstimmung
zu sein. Beispielsweise sieht in den Vereinigten Staaten die Environmental
Protection Agency (Umweltschutzbehörde) Standards vor, die ein
gegebener Motor erfüllen
muss, um ein Zertifikat bezüglich
der Erfüllung
von Emissionsregelungenen aufzunehmen. Diese Standards werden gegenwärtig im Fall
von Geländearbeitsmaschinen
derart öffentlich bekannt
gemacht, dass sie eine gegebene Motor- und Steuerstrategie erfordern,
wobei sie bei acht unterschiedlichen Testpunkten betrieben werden,
die sich auf vorbestimmte Kombinationen von Drehzahl und Belastung
beziehen. Die Emissionen an jedem dieser acht Punkte werden dann
gewichtet, und die Gesamtemissionen für die acht Testpunkte müssen so,
wie sie gewichtet sind, unter ein gewisses Niveau in jeder der verschiedenen
unterschiedlichen Emissionskategorien fallen, um eine Zertifizierung
zu erreichen. Somit kann eine gegebene Motor- und Steuerstrategie übermäßige Emissionen
an einem Testpunkt haben, kann jedoch in Übereinstimmung sein, wenn verringerte
Emissionen bei anderen Testpunkten die Summe der gewichteten Emissionen
an den acht Punkten akzeptabel machen. Somit haben die Motorenhersteller
einen gewissen Grad an Flexibilität, um bei einer Steuerstrategieformel
anzukommen, die mit Emissionsregelungen in Übereinstimmung ist.
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In
einem typischen Motorentwicklungsprozess muss der Hersteller Annahmen über den
erwarteten Maschinenbetrieb und den erwarteten Lastzyklus machen,
bevor er mit der Entwicklung der Steuerstrategie voranschreitet,
die die Anforderungen des Kunden erfüllt, während immer noch die Emissionsanforderungen
erfüllt
werden. Beispielsweise kann ein gegebener Motor verschiedene Anwendungen haben,
die Straßenlastwagen
und möglicherweise Geländearbeitsmaschinen
aufweisen, wie beispielsweise Bulldozer, Radlader usw. Zusätzlich kann
jede dieser Anwendungen eine Vielzahl von unterschiedlichen identifizierbaren
Lastzyklen haben. Beispielsweise kann ein Straßenlastwagen einen Lastzyklus für das Fahren
auf einer Fernstraße
haben, einen weiteren Lastzyklus für den Transport abseits der Fernstraßen und
noch einen weiteren Lastzyklus für Lieferungen
und Abholungen in der Stadt. In einem weiteren Beispiel kann ein
Bulldozer einen ersten Lastzyklus zum Graben, einen zweiten Lastzyklus zum
Schaben bzw. Planieren und zusätzliche
Lastzyklen für
andere Maschinenbetriebsvorgänge
haben. Bei den gegenwärtigen
Motorentwicklungsprozessen kennt der Motorhersteller die Motoranwendung, muss
jedoch Annahmen bezüglich
der erwarteten Lastzyklen für
einen Endanwender machen. Gegenwärtig
wird eine Kombination einer Motor- und Steuerstrategie für eine spezielle
Anwendung mit einer Steuerstrategie in Betracht gezogen, die für alle passt,
die in Übereinstimmung
mit den Emissionsregelungen ist, während sie die Leistungsanforderungen
des Kunden für
jeden von verschiedenen unterschiedlichen erwarteten Lastzyklen
erfüllt.
Um den Motor zufriedenstellend in jedem der unterschiedlichen erwarteten
Lastzyklen arbeiten zu lassen, müssen
einige Kompromisse bezüglich
der Motorsteuerstrategie gemacht werden, um sicherzustellen, dass der
Motor die Anforderungen für
jeden der erwarteten Lastzyklen erfüllen kann, während er
Einschränkungen
erfüllt
und immer noch Emissionsstandards erfüllt.
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Während Annahmen
bezüglich
des Prozentsatzes der Zeit in jedem der verschiedenen unterschiedlichen
Lastzyklen sehr genau für
einen Endanwender sein können,
könnten
diese Annahmen wesentlich von den tatsächlichen Lastzyklen eines anderen
Endanwenders abweichen. Beispielsweise kann ein Eigentümer eines
Bulldozers Lastzyklen des Grabens und Planierens in Anteilen ausführen, die
genau den Annahmen eines Motorherstellers entsprechen; jedoch kann
ein anderer Eigentümer
eines Bulldozers seine Arbeitsmaschine fast vollständig für das Graben
verwenden. Bei dem gegenwärtigen System
könnten
beide Eigentümer
des Bulldozers identische Motorsteuerstrategien haben. In beiden Fällen ist
ein gewisses Ausmaß eines
Kompromisses bei dem individuellen Wert für den Kunden nahezu immer vorhanden,
wenn eine Kombination einer Motor- und Steuerstrategie ausgegeben
wird, die die Fähigkeit
hat, alle Leistungsanforderungen eines Endanwenders zu erfüllen, während immer
noch die Emissionsanforderungen erfüllt werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt ist ein Verfahren vorgesehen, um einen Leistungsparameter
für einen elektronisch
gesteuerten Motor zu verbessern. Eine Vielzahl von Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen wird
für das
Motorsteuersystem verfügbar
gemacht. Ein Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus wird ausgewählt, der
einem vorhergesagten Motorlastzyklus entspricht.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Seitenansicht einer Maschine (Lastwagen) gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Flussdiagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, und
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3 ist
ein Flussdiagramm gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung
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Mit
Bezug auf 1 ist eine Maschine 10 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zu Beispielszwecken als ein Lastwagen 12 veranschaulicht.
Trotzdem wird der Fachmann erkennen, dass eine Maschine gemäß der vorliegenden
Erfindung "Straßenmaschinen" aufweisen könnte, wie
beispielsweise der veranschaulichte Lastwagen, "Geländearbeitsmaschinen", wie beispielsweise Erdbewegungsmaschinen
(Bulldozer, Schaber bzw. Planiermaschinen, Bagger, Lader, Baggerlader usw.),
Generatorsätze
oder möglicherweise
eine gewisse andere Art einer Maschine, die einen elektronisch gesteuerten
Verbrennungsmotor aufweist, wie beispielsweise Rasenpflegemaschinen.
Somit zieht die vorliegende Erfindung einen Motor von nahezu jeglicher
Größe in nahezu
jeglicher möglichen
Anwendung in Betracht. Obwohl nicht notwendig, zieht die vorliegende
Erfindung auch in Betracht, dass ein gegebener Motor eine Anwendung
in mehr als einer Maschine finden kann. Beispielsweise kann ein
gegebener Motor eine Anwendung in einem Straßenlastwagen finden und eine
weitere Anwendung in einem Bulldozer. Die vorliegende Erfindung
versucht auszunutzen, was darüber
bekannt ist oder bekannt sein könnte,
wie ein Motor in einer speziellen Anwendung verwendet wird. In anderen
Worten versucht die vorliegende Erfindung das auszunutzen, was über den
erwarteten Lastzyklus eines gegebenen Motors bekannt ist oder bekannt
sein könnte,
um einen Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus abzuleiten, der die
Leistung für
den erwarteten Lastzyklus verbessert, ohne die Emissionsanforderungen
zu verletzen. Somit ist die vorliegende Erfindung möglicherweise auf
jegliche Maschine anwendbar, die einen elektronisch gesteuerten
Verbrennungsmotor aufweist. Zusätzlich
zieht die vorliegende Erfindung in Betracht, dass die Steuerstrategie
für einen
gegebenen Motor in einer speziellen Maschine gewisse Einschränkungen
erfüllen
muss, wie beispielsweise die Erfüllung der
Emissionsbegrenzungsstandards.
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Wiederum
mit Bezug auf 1 weist der Lastwagen 12 einen
elektronisch gesteuerten Motor 14 auf, der an einem Chassis
bzw. Fahrgestell 18 mon tiert ist. Ein Steuersystem 16,
welches vorzugsweise ein herkömmliches
elektronisches Steuermodul aufweist, ist betriebsmäßig angeschlossen,
um den Betrieb des Motors 14 zu steuern. Zusätzlich ist eine
Weiterleitungseinrichtung 22, die ein Getriebe, den Antriebsstrang,
die Räder
usw. aufweist, betriebsmäßig mit
dem Motor 14 gekoppelt. Der Fachmann wird erkennen, dass
bei anderen Anwendungen der vorliegenden Erfindung die Maschine
irgendeine andere Einrichtung aufweisen könnte, die von dem Motor angetrieben
wird, und zwar eine andere als die gezeigte Weiterleitungseinrichtung.
Beispielsweise könnte
eine Einrichtung ein Generator sein, der betriebsmäßig mit
einem Motor gekoppelt ist, oder könnte Erdbewegungswerkzeuge
im Fall einer Geländearbeitsmaschine
aufweisen.
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Der
Fachmann wird erkennen, dass das Steuersystem 16 einen
Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus aufweist, der eine Vielzahl
von Formen aufweisen kann. Beispielsweise kann ein Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus
eine Karte bzw. ein Kennfeld von Motorsteuervariablen gegenüber erwünschten
Motorbetriebseingangsgrößen sein.
Beispielsweise kann die Karte bzw. das Kennfeld verschiedene Variablen
aufweisen, wie beispielsweise die Einspritzzeitsteuerung, die Einspritzmenge
und den Rail- bzw. Druckleitungsdruck als eine Funktion einer Vielzahl
von bekannten Eingangsgrößen, wie
beispielsweise Motordrehzahl, Belastung und andere bekannte Variablen.
Zusätzlich
könnte
ein Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus in Form von Gleichungen auftreten,
die in dem elektronischen Steuermodul gespeichert sind. Der Fachmann
wird erkennen, dass andere Formen von Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen
in exotischeren Formen auftreten könnten, wie beispielsweise neurale
Netzwerke oder möglicherweise
auch eine Kombination aus Karten, Gleichungen und neuralen Netzwerken.
Somit zieht die vorliegende Erfindung Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen
in irgendeiner von einer großen
Vielzahl von Formen in Betracht, die für die Zwecke der vorliegenden
Erfindung äquivalent
sind.
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Typischerweise
wurden Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen oft in einem Speicher
gespeichert, der für
ein elektronisches Steuermodul verfügbar ist, und dann haben sie
sich fast niemals verändert, nachdem
die spezielle Maschine in Dienst gebracht wurde. In Abweichung von
dieser akzeptierten Vorgehensweise zieht die vorliegende Erfindung
in Betracht, dass eine Vielzahl von unterschiedlichen Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen
für das
Motorsteuersystem verfügbar
gemacht wird. Indem man eine Vielzahl von unterschiedlichen Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen
für das
elektronische Steuermodul verfügbar
macht, zieht die vorliegende Erfindung in Betracht, dass die gegebene
Maschine in wirkungsvollerer Weise betrieben werden kann, wenn der
ausgewählte
Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus besser zum Lastzyklus der speziellen
Maschine passt.
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Mit
Bezug auf 2 veranschaulichen die in durchgezogenen
Linien gezeigten Kästen
ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, und die gestrichelten Kästen veranschaulichen
eine verbesserte Version von diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bei diesem Aspekt der Erfindung hat der Lastwagen der 1 vorzugsweise
eine Bedienereingabe 20, wo der Bediener unter verschiedenen unterschiedlichen
verfügbaren
Lastzyklen 30 auswählen
kann, die widerspiegeln, wie die Maschine betrieben wird. Beispielsweise
kann im Fall des Lastwagens 10 der 1 der Bediener
zwischen einem Lastzyklus entsprechend einem Transport auf einer Fernstraße oder
einem Lastzyklus für
einen Transport abseits der Fernstraße oder möglicherweise einem anderen
Lastzyklus für
Lieferungen und Abholungen in der Stadt auswählen können. Somit kann der Bediener
unter diesen Lastzyklen auswählen
und einen vorhergesagten Lastzyklus für den Betrieb der Maschine
an diesem Tag auswählen.
In einem nächsten
Schritt wählt
ein Steuerauswahlalgorithmus 32, der in dem elektronischen
Steuermodul 34 gespeichert ist, aus den verfügbaren vorbestimmten
gespeicherten Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen 36 aus,
um den ausgewählten
Lastzyklus anzupassen. Der Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus wird
dann in das elektronische Steuermodul 36 geladen. Als nächstes wird
das Fahrzeug 12 unter Verwendung dieses ausgewählten Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus
betrieben.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird jeder der vorbestimmten gespeicherten
Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen 36 in herkömmlicher
Weise vorbereitet und kann gemeinsame Merkmale aufweisen. Es kann
beispielsweise sein, dass die Einspritzmengen für jeden der unterschiedlichen
Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen 36 anders sein kann,
jedoch die Einspritzzeitpunkte entsprechend diesen Steuerkalibrierungsalgorithmen
alle die gleichen sind. Somit wird jeder der Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen,
basierend auf einem vorbestimmten Lastzyklus 30, abgeleitet,
und jeder der Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen 36 in Verbindung
mit dem Motor 14 hat eine Zertifizierung der Übereinstimmung
der Emissionsstandards. Zusätzlich
kann jeder Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus 36 für einige
Leistungsparameter optimiert sein, wie beispielsweise Brennstoffausnutzung.
Andere mögliche
Leistungsparameter weisen reduzierte unerwünschte Emissionen oder Überlegungen
bezüglich
der Motorleistungsausgabe auf, sind jedoch nicht auf diese eingeschränkt. Zusätzlich können die Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen
für eine
gewisse gewichtete Kombination dieser Leistungsparameter optimiert
sein; jedoch sind alle in Übereinstimmung
mit den Emissionsanforderungen für
den gegebenen Motor. Da die einzelnen Steuerkalibrierungsalgorithmen
auf einem gewissen vorbestimmten Lastzyklus basieren, wenn der Bediener
die Maschine gemäß diesem
Lastzyklus betreibt, sollte es eine messbare Verbesserung der Leistungsparameter
für eine identische
Maschine geben, die mit einem Steuerkalibrierungsalgorithmus, der
für alle
passt, für
alle erwarteten Lastzyklen arbeitet.
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In
dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
würde jeder
der Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen 36 vorzugsweise
auf einem der vorbestimmten Lastzyklen basieren und wäre für die Brennstoffausnutzung
optimiert. Somit, vorausgesetzt, der Bediener wählt den Lastzyklus aus, der
dem entspricht, wie die Maschine tatsächlich betrieben wird, sollte
die Brennstoffausnutzung gegenüber
einer identischen Maschine mit einem einzigen Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus
gemäß dem Stand
der Technik verbessert werden. Um die Umschaltung zwischen den Steuerkalibrierungsalgorithmen
besser ak zeptabel für
Behörden
zu machen, wie beispielsweise die Environmental Protection Agency,
tritt der Prozess der Auswahl eines vorhergesagten Lastzyklus vorzugsweise
auf, wenn die Maschine ausgeschaltet wird. Zusätzlich kann dieser Auswahlprozess
mit einem vorbestimmten akzeptablen Zeitplan ausgeführt werden,
wie beispielsweise einmal pro Tag, oder während einer geeigneten Zeitperiode,
die durch die spezielle Motoranwendung beeinflusst werden kann. Beispielsweise
wäre der
vorbestimmte Zeitplan zur Auswahl eines vorbestimmten Lastzyklus
wahrscheinlich für
Straßenlastwagen
anders gegenüber Generatorsätzen. Trotzdem
zieht die vorliegende Erfindung in Betracht, zwischen den Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen
umzuschalten, während
der Motor arbeitet, und zieht auch in Betracht, dass diese Veränderungen
auf häufigerer
Basis auftreten, was die kontinuierliche Veränderung des Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus
mit einschließt,
jedoch nicht darauf eingeschränkt
ist. Der Fachmann wird erkennen, dass der Auswahlprozess dadurch
beeinflusst werden könnte,
wie man einen Lastzyklus definiert. Beispielsweise könnte ein
Straßentransportlastzyklus
in getrennte Lastzyklen für
jeden von unterschiedlichen Drehzahlbereichen bzw. Geschwindigkeitsbereichen
aufgeteilt werden.
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Nun
mit Bezug auf die Verbesserungen mit gestrichelter Linie gegenüber dem
Ausführungsbeispiel
der 2 hat das Steuersystem 16 typischerweise
die Fähigkeit,
einen vergangenen Lastzyklus 38 für diese spezielle Maschine
zu bestimmen und die Information als den vorhergesagten Lastzyklus
zu verwenden, und zwar dafür,
wie die Maschine in Zukunft arbeiten wird. Anders gesagt, erkennt
dieser Aspekt der Erfindung, dass oftmals die beste Voraussage für einen
zukünftigen
Lastzyklus auf einer genauen Darstellung eines vergangenen Lastzyklus
basiert. Bei diesem Aspekt der Erfindung hat das Steuersystem 16 vorzugsweise
Mittel zur Aufnahme und Speicherung von Daten über den Motorbetriebsverlauf 40 für eine gewisse
vorbestimmte vorherige Zeitperiode, die vorzugsweise in gewisser
Weise einer Zeitdauer entspricht, die mit einem speziellen Lastzyklus
assoziiert ist. Beispielsweise könnten
die Daten 40, die wahrscheinlich die Motordrehzahl und
die Belastung gegenüber
der Zeit aufweisen würden,
einen vergangenen Tag im Fall eines Straßenlastwagens widerspiegeln,
könnten
jedoch eine gewisse Anzahl von Betriebsstunden im Fall von einer
anderen Maschine widerspiegeln, wie beispielsweise bei einer Geländearbeitsmaschine.
Wenn die Maschine betrieben wird, werden somit Daten gewonnen und
gespeichert, die den Lastzyklus widerspiegeln, und zwar zur Verwendung
durch eine Lastzyklusbestimmungsvorrichtung. Die Bestimmungsvorrichtung 38 für den vorherigen
Lastzyklus vergleicht vorzugsweise die Motorbetriebsverlaufsdaten 40 mit
den vorbestimmten Lastzyklen und wählt einen vorhergesagten Lastzyklus
aus, der die beste Übereinstimmung
zwischen den Motorbetriebsverlaufsdaten 40 und den vorbestimmten
Lastzyklen bietet. Beispielsweise könnten im Fall des in 1 veranschaulichten
Straßenlastwagens
die Motorbetriebsverlaufsdaten widerspiegeln, dass der Lastwagen
in einem Transportbetriebszustand auf einer Fernstraße während seines letzten
Lastzyklus betrieben wurde. Die Bestimmungsvorrichtung 38 für den vorherigen
Lastzyklus würde
diesen vorherigen Lastzyklus erkennen und den vorhergesagten Lastzyklus
auswählen,
so dass er auch den Transport auf einer Fernstraße widerspiegelt. Trotzdem
ziehen die Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung auch in Betracht, dass der Bediener wahrscheinlich
diesen automatisierten Prozess übergehen
könnte,
so dass der Bediener auch einen vorgesagten Lastzyklus auswählen könnte, der
ein vollständig
anderer ist als der direkt vorangegangene Lastzyklus der Maschine.
Beispielsweise könnte
der Bediener erkennen, dass, obwohl der Lastwagen in einem Transportbetriebszustand
auf einer Fernstraße
während
der letzten paar Tage betrieben wurde, dieser für den nächsten Tag in einem Lastzyklus
der Lieferung und Abholung in einer Stadt arbeiten wird. In dieser
Situation würde
die beste Brennstoffausnutzung nicht dadurch erreicht werden, dass
man das Fahrzeug unter Verwendung eines Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus
betreibt, der für einen
Transport auf Fernstraßen
optimiert ist, während
man Lieferungen in der Stadt ausführt. Vielmehr spiegelt dies
nur wider, dass der Bediener erkennen könnte und auf dieses Wissen
hin handeln könnte, dass
der Lastzyklus dieses Tages ein anderer sein wird als der Lastzyklus
der vergangenen Tage.
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Bei
noch einer weiteren Verbesserung an dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
wie in 2 gezeigt, könnte
das Steuersystem auch die Fähigkeit haben,
zwischen zwei Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen 36 zu
interpolieren 42, die gespeichert sind, um einen Hybrid-Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus
zu erreichen, der eine gewisse Kombination der getrennten Steueralgorithmen 36 ist,
die in dem Steuersystem 16 gespeichert sind. Dieser Interpolierungsprozess 42 könnte ausgeführt werden,
um eine bessere Anpassung zwischen dem Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus
und dem Algorithmus vorzusehen, in dem die Maschine tatsächlich betrieben
wird. Beispielsweise kann ein Bediener die Hälfte jedes Tages in einem Betriebszustand
des Transportes auf einer Fernstraße verbringen, während er
die restlichen Teile von jedem Tag in einem Lastzyklusbetriebszustand
der Lieferung in einer Stadt verbringt. Somit wäre ein gewisser Hybrid-Steuerkalibrierungsalgorithmus,
der zwischen der Version für
den Transport auf Fernstraßen
und der Version, die für
eine Lieferung in der Stadt interpoliert ist, am besten für diese spezielle
Maschine geeignet sein. Der Prozess der Interpolation zwischen zwei
unterschiedlichen Steuerkalibrierungsalgorithmen, die jeweils in Übereinstimmung
mit den Emissionsregelungen sind, kann eine Zustimmung von einer
vorhandenen Regulierungsbehörde
erfordern, da der Hybrid-Steuerkalibrierungsalgorithmus nicht immer überprüft worden
ist und von der Emissionsregelungsbehörde zugelassen worden ist.
Trotzdem wird der Fachmann erkennen, dass, wenn beide der Quellen-Steuerkalibrierungsalgorithmen
in Übereinstimmung
mit den Emissionsregelungen waren, eine Kombination bzw. Hybrid-Version
der beiden auch in Übereinstimmung
damit sein sollte.
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Mit
Bezug auf 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung ähnlich
einem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel,
und zwar dahingehend, dass eine Vielzahl von Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen
für das
Steuersystem verfügbar gemacht
wird. Jedoch weicht dieses Ausführungsbeispiel
von dem früheren
Ausführungsbeispiel
dahingehend ab, dass die Steuerkalibrierungsalgorithmen nicht vorbestimmt
sind und getrennt sind, wie im vorherigen Ausführungsbeispiel, sondern statt
dessen automatisch in dem Steuersystem 16 selbst abgeleitet
werden. Beim vorherigen Ausführungsbeispiel mussten
immer noch gewisse Annahmen dahingehend gemacht werden, welcher
vorbestimmte Lastzyklus erkannt bzw. festgelegt werden würde, um
den herum ein Steuerkalibrierungsalgorithmus aufgebaut werden könnte. Wie
bei der verbesserten Version des vorherigen Ausführungsbeispiels zieht dieses
Ausführungsbeispiel
ein Steuersystem in Betracht, bei dem Motorbetriebsverlaufsdaten
aufgezeichnet, gespeichert und für
eine Lastzyklusbestimmungsvorrichtung verfügbar gemacht werden. Somit
wird in diesem Ausführungsbeispiel
erwartungsgemäß der vorhergesagte
Lastzyklus nicht ziemlich genauso aussehen wie ein vorheriger Lastzyklus.
Anders gesagt, zeigen die Motorbetriebsverlaufsdaten 40,
wie diese spezielle Maschine betrieben worden ist. Dieses Ausführungsbeispiel
der Erfindung nimmt an, dass in Zukunft die gleiche Maschine in
genau der gleichen Weise betrieben wird. Der Fachmann wird erkennen,
dass gewisse Mittel zur Gewichtung der Motorbetriebsverlaufsdaten 40 eingesetzt
werden könnten,
um einen vorhergesagten Lastzyklus zu erreichen. Beispielsweise
könnten
Motorbetriebsverlaufsdaten 40, die älter und weniger relevant sind, nicht
mit so viel Gewicht belegt werden, wie neuere Motorbetriebsverlaufsdaten,
wenn man einen vorhergesagten Lastzyklus 30 erreichen möchte.
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Nachdem
das Steuersystem 16 einen vorhergesagten Lastzyklus 30 aufgestellt
hat, ist der nächste
Schritt, einen Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus aus der möglichen
Umgebung der Steuerkalibrierungsalgorithmen auszuwählen, die
dem vorhergesagten Lastzyklus entsprechen, während andere Einschränkungen 42 erfüllt werden,
wie beispielsweise Emissionseinschränkungen und/oder spezielle Anforderungen
für den
Kunden. Der Prozess, durch den der vorhergesagte Lastzyklus 30 in
einen Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus umgewandelt wird, ist
automatisiert, wird jedoch in ähnlicher
Weise ausgeführt,
wie jener, der in der Technik bekannt ist, um einen Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus
zum Zeitpunkt der Herstellung zu entwickeln. Anders gesagt, wird
ein Optimierungsalgorithmus 46 als Mittel verwendet, durch
welche ein gewisser Leistungsparameter oder eine gewichtete Gruppe
von Leistungsparametern in Hinsicht gewisser Einschränkungen
op timiert wird. Dies wird typischerweise mit der Hilfe eines Motorsimulationsmodells 48 ausgeführt. Somit verwendet
das Steuersystem bekannte Optimierungstechniken, um zu einem Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus
zusammen zu laufen, der einen speziellen Leistungsparameter optimiert,
während eine
Vielzahl von bekannten Einschränkungen
erfüllt wird,
wobei Emissionseinschränkungen
und spezielle Anforderungen für
den Kunden eingeschlossen sind jedoch diese Einschränkungen
nicht darauf eingeschränkt
sind. Bei der bevorzugten Version dieses Ausführungsbeispiels wird das Verfahren
der Bestimmung eines vorherigen Lastzyklus, der Auswahl eines vorhergesagten
Lastzyklus und der Bestimmung eines Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus 50 unter Verwendung
des Optimierungsalgorithmus 46 jeweils vorzugsweise ausgeführt, wenn
der Motor abgeschaltet ist, so dass der gleiche Prozessor in dem elektronischen
Steuermodul, der den Motor 14 während des Betriebs steuert,
Steuerkalibrierungsalgorithmen bestimmt, wenn der Motor 14 nicht
in Betrieb ist. Wie beim früheren
Ausführungsbeispiel
wird der Steueralgorithmus, sobald er bestimmt wurde 50,
in das elektronische Steuermodul in herkömmlicher Weise geladen, wie
beispielsweise ein Laststeueralgorithmus 52, und der Motor 14 wird
dann gemäß diesem
Steuerkalibrierungsalgorithmus betrieben. Der Fachmann wird erkennen,
dass, vorausgesetzt genügend
Verarbeitungsleistung ist verfügbar,
der Prozess der Bestimmung von Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen 50 ausgeführt werden
könnte, während der
Motor läuft.
Vorzugsweise wird die Bestimmung eines neuen Steuerkalibrierungsalgorithmus 50 in
einem gewissen vorbestimmten Zeitplan ausgeführt, der für eine Regulierungsbehörde akzeptabel
ist, wie beispielsweise für
die Environmental Protection Agency. Weil bei dieser Version der
Erfindung die speziellen Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen nicht
speziell zum Zeitpunkt der Herstellung des Motors festgelegt werden,
könnte
eine Regulierungsbehörde
zusätzlich
das gesamte Verfahren der Erstellung eines Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus genehmigen
müssen,
um den Einsatz dieses erfindungsgemäßen Konzeptes zu erleichtern.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind auf jegliche Maschine anwendbar,
die einen elektronisch gesteuerten Verbrennungsmotor verwendet,
der einer Zertifizierung der Übereinstimmung
mit Emissionsregelungen unterworfen ist. Obwohl die vorliegende
Erfindung am einfachsten als eine Verbesserung bei Straßenlastwagen
in Betracht gezogen werden kann und den Brennstoffverbrauch dieser
Lastwagen im Betrieb reduziert, könnte die vorliegende Erfindung
darauf gerichtet sein, andere Leistungsparameter zu verbessern.
Beispielsweise könnten
in der Bergbauindustrie Emissionen aus Verbrennungsmotoren in der
Mine wichtiger sein, als dass man den bestmöglichen Brennstoffwirkungsgrad
erhält.
Somit könnte
sich in diesem Zusammenhang der zu optimierende Leistungsparameter
darauf beziehen, eine oder mehrere spezifische Emissionen zu reduzieren,
während
man immer noch andere Einschränkungen
erfüllt
und den Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus an den erwarteten Lastzyklus
der Maschine anpasst. Obwohl Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung im Zusammenhang mit einem Motor dargestellt wurden, der
eine Weiterleitungseinrichtung bzw. einen Leistungsstrang antreibt,
ist die vorliegende Erfindung auch auf Motoren anwendbar, die andere
Einrichtungen antreiben, was eine Erdbewegungsmaschine oder irgendeine
andere mögliche
Einrichtung einschließt,
jedoch nicht darauf eingeschränkt
ist, die direkt oder indirekt von einem elektronisch gesteuerten
Verbrennungsmotor angetrieben wird.
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Im
allgemeinen können
Ausführungsbeispiele
der Erfindung auf eine Vielzahl von Arten ausgeführt werden, die keine beträchtliche
Abweichung von bekannten Verfahren zur Bestimmung eines Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus
für einen
Verbrennungsmotor 14 mit einbeziehen. Anders gesagt, definiert
bzw. definieren ein Komponentensatz oder Komponentensätze die
Leistung. Diese Leistungskomponenten bestehen aus Brennstoffeinspritzvorrichtungen,
Düsenvariationen,
Nocken, Pumpen, Ventilzeitsteuermechanismen, Turboladern und ihren Variationen
der Gehäuse,
Radkonstruktionen, Auslassklappeneinstellungen, intelligente Auslassklappen
und Steuervariati onen von variablen Düsen usw. Als nächstes werden
Daten aufgenommen. Diese Daten werden verwendet, um mathematische
Modelle für
den gesamten Motor 14 und verschiedene Untersysteme mit
Bezug darauf zu erzeugen. Das Modell kann alleine auf ausgewählten Leistungskomponenten
basieren oder könnte
allgemein gehalten sein, um Leistungsparameter aufzuweisen, die
aus anderen Leistungskomponenten resultieren, was gestattet, dass
ein Modell Leistungskomponentenkombinationen bewertet, die noch
nicht existieren. Zusätzlich
kann das Modell streng empirisch sein oder kann auf physikalischen
Prinzipien basieren, die mit Daten validiert sind. Das Motormodell
kann die Form von Gleichungen (normalisiert oder in Auslegungseinheiten
in kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Gleichungen), Tabellen,
Karten bzw. Kennfeldern, Oberflächen,
neuralen Netzwerken, genetischen Algorithmen usw. annehmen. Somit
kann ein Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus in einer großen Vielzahl
von Formen erscheinen. Mögliche
Motormodelleingangsgrößen könnten die
erwünschte
Drehzahl, die tatsächliche
Drehzahl, die Belastung, den Ladedruck, Steuerparameter wie den
Einspritzzeitpunkt, den Rail- bzw. Druckleitungsdruck, Turboladereinstellungen
usw. und virtuelle Parameter aufweisen, die die Turboladerdrehzahl
und die Abgastemperatur einschließen, jedoch nicht darauf eingeschränkt sind. Mögliche Motormodellausgangsgrößen könnten Emissionen,
Leistungsparameter, die den Brennstoffverbrauch, Luftflüsse, Mantelwassertemperatur
und Nachkühlerwärmeabgabe
aufweisen, jedoch nicht darauf eingeschränkt sind, und Leistungsausgabe usw.
aufweisen.
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Somit
zieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verbesserung eines
Leistungsparameters für
einen elektronisch gesteuerten Motor 14 in Betracht, indem
es eine Vielzahl von Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen für das Motorsteuersystem verfügbar macht.
Diese Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen werden für das Motorsteuersystem
verfügbar
gemacht, indem man entweder vollständige Sätze von gespeicherten Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen
hat (2), oder indem man die Werkzeuge und Daten vorsieht,
durch die ein Steuerkalibrierungsalgorithmus aus der Allgemeinheit
von möglichen
Steuerkalibrierungsalgorithmen ausgewählt werden kann. Der Fachmann
wird auch erkennen, dass die Steuerkalibrierungsalgorithmen aus
der Ferne über
geeignete Kommunikationsmittel verfügbar gemacht werden könnten, wie
beispielsweise über Telemetrie
oder eine Telefonverbindung. Der Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus
wird ausgewählt,
der einem vorhergesagten Motorlastzyklus entspricht, der auf einer
Auswahl eines Bedieners und/oder auf Motorbetriebsverlaufsdaten
basieren kann. In manchen Versionen der vorliegenden Erfindung kann
der vorhergesagte Motorlastzyklus zumindest teilweise auf einem
ausgewählten
Maschinenbetrieb basieren. Wenn beispielsweise der Bediener eines
Bulldozers weiß,
dass an diesem Tag er in erster Linie Planiervorgänge ausführen wird,
kann der Bediener nur einen Planierlastzyklus bzw. Schabelastzyklus
und den entsprechenden Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus für die Betriebsvorgänge an diesem
Tag auswählen.
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Der
Fachmann wird erkennen, dass verschiedene Modifikationen an dem
veranschaulichten Ausführungsbeispiel
vorgenommen werden könnten, ohne
vom beabsichtigten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Somit wird der Fachmann erkennen, dass die anderen Aspekte, Ziele
und Vorteile dieser Erfindung aus einem Studium der Zeichnungen,
der Offenbarung und der beigefügten
Ansprüche
erhalten werden können.
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Zusammenfassung
Motorsteuerstrategien
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Elektronisch
gesteuerte Verbrennungsmotoren werden, basierend auf Steuerkalibrierungsalgorithmen,
betrieben, die eine Vielzahl von Formen aufweisen können, wie
beispielsweise Karten bzw. Kennfelder, Gleichungen, Flächendarstellungen
und andere mathematische Techniken. Jede Kombination eines Steuerkalibrierungsalgorithmus
und eines speziellen Motors muss für die Übereinstimmung mit Emissionsregelungen
zertifiziert sein, muss andere Einschränkungen erfüllen und sollte die Fähigkeit
haben, eine Vielzahl von erwarteten Lastzyklen für die gegebene Motoranwendung
auszuführen.
Eine Vielzahl von unterschiedlichen Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen
wird für
das Motorsteuersystem verfügbar
gemacht. Jeder der Motorkalibrierungsalgorithmen entspricht einem
speziellen Lastzyklus, während
er für
einen Leistungsparameter optimiert wird, wie beispielsweise die
Brennstoffausnutzung, während
er eine Vielzahl von Einschränkungen
erfüllt,
die Emissionseinschränkungen
mit einschließen.