DE10393980T5

DE10393980T5 - Motorsteuerstrategien

Info

Publication number: DE10393980T5
Application number: DE10393980T
Authority: DE
Inventors: David J. Washington Andres; Thomas J. Peoria Crowell; George E. Chilicothe Donaldson; Gregory D. Metamora Hoenert
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2005-11-10
Also published as: US20040128058A1; AU2003298901A1; US6965826B2; WO2004061284A1

Abstract

Verfahren zur Verbesserung eines Leistungsparameters für einen elektronisch gesteuerten Motor (14), das folgendes aufweist:
Verfügbarmachen einer Vielzahl von Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen für ein Motorsteuersystem (16); und
Auswahl eines Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus, der einem vorhergesagten Lastzyklus (30) entspricht.

Description

Technisches Gebiet
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.
Hintergrund
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.
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.
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.
Zusammenfassung der Erfindung
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht einer Maschine (Lastwagen) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Flussdiagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
3 ist ein Flussdiagramm gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Industrielle Anwendbarkeit
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.
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.
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.
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.
Zusammenfassung Motorsteuerstrategien
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.

Claims

Verfahren zur Verbesserung eines Leistungsparameters für einen elektronisch gesteuerten Motor (14), das folgendes aufweist: Verfügbarmachen einer Vielzahl von Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen für ein Motorsteuersystem (16); und Auswahl eines Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus, der einem vorhergesagten Lastzyklus (30) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiter aufweist, eine Zertifizierung der Übereinstimmung mit Emissionsregelungen für jeden der Vielzahl von Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiter aufweist, eine Auswahl auf einen anderen der Vielzahl von Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen umzuschalten, der einem anderen vorhergesagten Lastzyklus (30) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiter aufweist, den vorhergesagten Lastzyklus (30) zumindest teilweise, basierend auf einem ausgewählten Maschinenbetrieb (20), zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiter aufweist, den vorhergesagten Lastzyklus (30) zumindest teilweise durch Bewertung von Betriebsverlaufsdaten (40) für den Motor (14) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Verfügbarmachens einer Vielzahl von Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen für ein Motorsteuersystem (16) aufweist, ein Motorsimulationsmodell (48) in dem Motorsteuersystem (16) zu speichern.
Verfahren nach Anspruch 6, das weiter aufweist, Motorbetriebsverlaufsdaten (40) in dem Motorsteuersystem (16) zu speichern.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Auswählen die Optimierung eines Leistungsparameters für den vorhergesagten Lastzyklus (30) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfügbarmachen einer Vielzahl von Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen für ein Motorsteuersystem (16) aufweist, die Vielzahl von Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen (36) in dem Motorsteuersystem (16) zu speichern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auswählen eines Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus, der einem vorhergesagten Lastzyklus (30) entspricht, periodisch in einem vorbestimmten Zeitplan ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiter aufweist, den Motor (14) während des Verfügbarmachens von mindestens einem von einer Vielzahl von Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen für ein Motorsteuersystem (16) abzuschalten, und aufweist, einen Motorsteuerkalibrierungsalgorithmus auszuwählen, der einem vorhergesagten Lastzyklus (30) entspricht.
Maschine (10), die folgendes aufweist: einen Maschinenkörper (18); einen Motor (14), der an dem Maschinenkörper (18) angebracht ist und ein Steuersystem (16) mit einem Steuerauswahlalgorithmus (32) aufweist, um eine Vielzahl von verfügbaren Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen auszuwählen, und wobei jeder der Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen einem speziellen Lastzyklus (30) und mindestens einem Motorleistungsparameter entspricht.
Maschine (10) nach Anspruch 12, die weiter mindestens eine Einrichtung aufweist, die an dem Maschinenkörper (18) angebracht ist und betriebsmäßig mit dem Motor (14) gekoppelt ist.
Maschine (10) nach Anspruch 13, wobei das mindestens eine Werkzeug eine Weiterleitungseinrichtung bzw. einen Leistungsstrang (22) aufweist.
Maschine (10) nach Anspruch 13, wobei die mindestens eine Einrichtung eine Erdbewegungsvorrichtung aufweist.
Maschine (10) nach Anspruch 12, wobei das Steuersystem (16) eine Motorbetriebsverlaufsdatenbank (40) und ein Motorsimulationsmodell (48) aufweist.
Maschine (10) nach Anspruch 12, wobei das Steuersystem (16) eine Vielzahl von gespeicherten Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen (36) aufweist.
Maschine (10) nach Anspruch 12, die weiter eine Zertifizierung der Übereinstimmung mit Emissionsregelungen aufweist, die mit jedem der Vielzahl von Motorsteuerkalibrierungsalgorithmen assoziiert ist.
Maschine (10) nach Anspruch 12, die weiter eine Lastzyklusauswahlvorrichtung (30) aufweist, die betriebsmäßig mit dem Steuerauswahlalgorithmus (32) gekoppelt ist.
Maschine (10) nach Anspruch 12, die weiter eine Bestimmungseinrichtung (38) für einen vorherigen Lastzyklus aufweist.