Beschreibung
Verfahren zur Erhöhung der Genauigkeit einer sensorlosen Druckerfassung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Druckwertes in einem Fluidfördersystem eines Kraftfahrzeuges, mit einem ansteuerbaren elektrischen Motor und mit einer
Fluidförderpumpe, die von dem elektrischen Motor antreibbar ist .
Stand der Technik
Zur besseren Überwachung und Regelung von KraftStoffförder¬ pumpen wird eine Vielzahl von Messgrößen direkt oder indirekt erfasst, um zu jeder Zeit die geeignete KraftStoffmenge zu fördern. Dabei liegt besonderes Augenmerk darauf eine mög- liehst energieeffiziente Förderung des Kraftstoffes sicherzu¬ stellen. Dies bedeutet, dass jeweils nur die zum aktuellen Betriebszeitpunkt benötigte KraftStoffmenge gefördert wird, um den Energieverbauch des KraftStofffördersystems möglichst gering zu halten. KraftStofffördersysteme dieser Art werden beispielsweise in verbrennungsmotorisch angetriebenen Kraft¬ fahrzeugen eingesetzt.
Darüber hinaus ist es das Ziel das KraftStofffördersystem möglichst einfach und kostengünstig zu gestalten und dabei insbesondere die Anzahl der verwendeten Einzelkomponenten ge¬ ring zu halten.
Im Stand der Technik sind ein Vielzahl von Vorrichtungen be¬ kannt, die einen Drucksensor oder auch einen Multifunktions- sensor mit Druckerfassung vorsehen, um den Druck des zu för¬ dernden Kraftstoffes möglichst genau bestimmen zu können. Drucksensoren sind hierzu bevorzugt vor der Kraftstoffförder-
pumpe und/oder danach angeordnet, um eine möglichst genaue Aussage über den Druck im zu fördernden Kraftstoff tätigen zu können . Vorrichtungen diese Art sind beispielsweise aus der
DE 38 35 672 AI bekannt, die ein Verfahren offenbart, welches auf Messwerte von Drucksensoren zurückgreift, die jeweils stromaufwärts und stromabwärts der KraftStoffförderpumpe an¬ geordnet sind.
Die DE 199 35 237 B4 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung des Beladungszustandes eines nach einer Förderpumpe angeord¬ neten KraftStofffilters , wobei stromabwärts des Kraftstoff¬ filters ein Drucksensor angeordnet ist.
Nachteilig an diesen aus dem Stand der Technik bekannten Ver¬ fahren ist, dass zumindest ein Drucksensor im Kraft Stoffför- dersystem vorgesehen sein muss, wodurch zusätzliche Kosten verursacht werden und die Fehleranfälligkeit des Systems er- höht wird.
Um diesen Nachteilen zu begegnen gibt es Vorrichtungen, wel¬ che auf einen Sensor zur Erfassung eines Druckes vollständig verzichten und den Druck indirekt aus anderen Werten ableiten oder durch Rechenalgorithmen aus Eingangsgrößen bestimmen.
Nachteilig an diesen Vorrichtungen und den verwendeten Ver¬ fahren ist insbesondere, dass die Genauigkeit der Drucker¬ mittlung nicht optimal ist und insbesondere die Druckbestim- mung unter extremen Betriebsbedingungen, wie beispielsweise extremen Fahrzuständen, nicht optimal ist.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ver¬ fahren zu schaffen, welches eine sensorlose Druckerfassung mit optimierter Genauigkeit ermöglicht.
Mit dem Begriff sensorlos ist im Zusammenhang der hier vor¬ liegenden Erfindung stets der Verzicht auf einen Drucksensor im KraftStofffördersystem gemeint. Andere Größen, die bei- spielsweise zur Berechnung oder Ermittlung des Druckes heran¬ gezogen werden, können davon unberührt trotzdem mit unter¬ schiedlichen Sensoren ermittelt werden.
Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird durch ein Ver- fahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Druckwertes in einem Fluidfördersystem eines Kraftfahrzeuges, mit einem ansteuerbaren elektrischen Motor und mit einer Fluidförderpumpe, die von dem elektri¬ schen Motor antreibbar ist, wobei das Verfahren die nachfol¬ genden Schritte umfasst:
■ Bestimmen einer Drehzahl des elektrischen Motors,
■ Bestimmen eines Ansteuerstroms des elektrischen Motors, ■ Ermitteln eines Druckwertes in Abhängigkeit der Drehzahl und des Ansteuerstroms des elektrischen Motors,
■ Verarbeitung des ermittelten Druckwertes mit zumindest ei¬ ner externen Zustandsgröße in einem Steuergerät, und
■ Korrektur des ermittelten Druckwertes.
Mit einem Fluidfördersystem kann beispielsweise ein Kraft¬ stofffördersystem gemeint sein oder alternativ ein Fluidför- dersystem zur Förderung eines Öls oder eines Kühlmittels. Im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand eines Kraft Stoffför- dersystems beschrieben. Eine Übertragung auf andere Fluidför- dersysteme eines Kraftfahrzeugs ist jedoch möglich. Im Falle eines KraftStofffördersystems ist die Fluidförderpumpe durch eine KraftStoffförderpumpe gebildet. Die Bestimmung der Drehzahl kann bevorzugt durch einen Sensor erfolgen oder alternativ aus anderen Stellgrößen innerhalb des KraftStofffördersystems ermittelt werden. Der Ansteuer-
ström, welcher den Strom beschreibt der von einem dem elek¬ trischen Motor zugeordneten Steuergerät an den elektrischen Motor geleitet wird, kann ebenfalls sensorisch oder im Zuge einer Berechnung ermittelt werden.
Aufgrund der Verhältnisse zwischen dem Ansteuerstrom und der Drehzahl der KraftStoffförderpumpe beziehungsweise des elek¬ trischen Motors kann auf den im KraftStofffördersystem herr¬ schenden Druck geschlossen werden. Die Genauigkeit des ermit- telten Druckes ist jedoch abhängig von den tatsächlichen Be¬ triebsbedingungen des KraftStofffördersystems . Auch spielen die zur Ermittlung beziehungsweise Berechnung herangezogenen Kennfelder, Kennlinien und Annahmen eine Rolle. Die Drucker¬ mittlung durch eine Berechnung beziehungsweise Ermittlung auf Grundlage des Ansteuerstroms und der Drehzahl sind daher mit unvermeidlichen Fehlern behaftet.
Um das Ergebnis weiter zu verbessern, wird bevorzugt eine Verarbeitung des ermittelten Druckwertes mit einer externen Zustandsgröße durchgeführt. Eine externe Zustandsgröße ist hierbei insbesondere eine Kenngröße, die nicht direkt zum KraftStofffördersystem gehört, wie beispielsweise eine Tempe¬ ratur, die ursprünglich für einen anderen Zweck erfasst oder berechnet wurde.
Mit einer Verarbeitung ist insbesondere gemeint, dass die ex¬ terne Zustandsgröße in die Ermittlung des Druckwertes direkt oder indirekt mit einbezogen wird. Auch kann eine Verrechnung des ermittelten Druckwertes mit der externen Zustandsgröße vorgesehen sein. Auch kann mit der Verarbeitung gemeint sein, dass ein Vergleich des ermittelten Druckes mit der externen Zustandsgröße stattfindet, um beispielsweise eine Plausibili¬ sierung des Druckwertes oder den Wahrheitsgehalt des Druck¬ wertes zu bestimmen.
Eine Korrektur des Druckwertes kann bedeuten, dass abhängig von der Verarbeitung der unveränderte Druckwert beibehalten
wird oder eine Anpassung nach oben oder unten erfolgt. Die Korrektur wird dabei insbesondere in Abhängigkeit von der Verarbeitung des ermittelten Druckwertes mit den externen Zu- standsgrößen abhängig gemacht .
Auch ist es zu bevorzugen, wenn der Ansteuerstrom des elek¬ trischen Motors in Abhängigkeit von der zumindest einen ex¬ ternen Zustandsgröße und/oder dem ermittelten Druckwert und/oder dem korrigierten Druckwert durch das Steuergerät an- gepasst wird.
Abhängig vom Ergebnis der Verarbeitung der externen Zustands¬ größe mit dem ermittelten Druckwert kann eine Anpassung des Ansteuerstroms beziehungsweise der Drehzahl des elektrischen Motors erfolgen, um die Förderleistung zu erhöhen oder zu verringern. Es kann somit bevorzugt eine Anpassung der tat¬ sächlichen Förderleistung der KraftStoffförderpumpe an die herrschenden Randbedingungen erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die externen Zustandsgrö- ßen zumindest teilweise durch Messgrößen und/oder errechnete Größen aus anderen Steuergeräten und/oder Sensoren des Kraft¬ fahrzeuges gebildet sind. Bevorzugt werden Messgrößen verwendet, die ohnehin von ande¬ ren im Kraftfahrzeug verbauten Sensoren oder Subsystemen er- fasst werden. Hierzu zählen insbesondere Temperatursensoren, Sensoren zur Erfassung der KraftStoffqualität , der Fahrpedal¬ stellung, der Gangwahl oder ähnlichen. Außerdem zählen hierzu Sensoren, die für die Verbrennung im Verbrennungsmotor oder die Abgasbehandlung benötigt werden, wie beispielsweise die Lambda-Sonde, Drucksensoren oder Luftmengen- und Luftmassen¬ messer . Auch bereits durch Rechenoperationen oder andere Verfahren bearbeitete Messgrößen können in vorteilhaften Ausführungen als externe Zustandsgrößen angezogen werden.
Besonders bevorzugt werden externe Zustandsgrößen wie die Drehzahl, der momentane oder prognostizierte Kraftstoff er¬ brauch oder das Drehmoment des Verbrennungsmotors herangezo- gen. Auch Informationen über den Zustand des Start-Stopp- Systems oder die Stellung der Zündung sind bevorzugte Zu¬ standsgrößen. Alternativ kann beispielsweise auch die Außen¬ temperatur oder die Temperatur der Hochdruckpumpe, die für die Hochdruckförderung des Kraftstoffes zuständig ist, ver- wendet werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die externen Zustandsgrö¬ ßen aus Modellen stammen, wobei durch die Modelle unter¬ schiedliche externe Zustandsgrößen in Abhängigkeit von vor- gebbaren Eingangsgrößen ausgebbar sind.
Die externen Zustandsgrößen können insbesondere aus in der Fahrzeugelektronik hinterlegten Modellen bezogen werden. Die Modelle können beispielsweise für Simulationszwecke aufgebau- te Modelle oder andere statische und/oder dynamische Fahr¬ zeugmodelle sein. Die Modelle könne bevorzugt das gesamte Fahrzeug modellartig abbilden oder jeweils nur einzelne Teil¬ bereiche. Es können insbesondere unterschiedliche Fahrzustän¬ de in den Modellen abgebildet sein, die es erlauben aufgrund von einem detektierten Fahrzustand Aussagen über bestimmte
Zustandsgrößen zu machen. Die Modelle können ihrerseits Ein¬ gangsdaten aus anderen Steuergeräten und/oder Sensoren der Fahrzeugelektronik beziehen. Auch können hinterlegte Kennfel¬ der dazu genutzt werden, um die Modelle mit Eingangswerten zu versorgen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeich¬ net, dass das Modell, aus welchem die externen Zustandsgrößen stammen, einem als Notlaufprogramm für das Fahrzeug hinter- legten Kennfeld entspricht.
Ein Notlaufprogramm ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein Programm, das einen eingeschränkten Betrieb des Kraft¬ fahrzeuges erlaubt, wenn beispielsweise durch Fehlermeldungen oder Sensorausfälle ein regulärer Fahrzeugbetrieb nicht ge- währleistet ist. Darunter fällt beispielsweise ein Notlauf¬ programm für den Verbrennungsmotor, welches sich dadurch aus¬ zeichnet, dass auf Grundlage ausgewählter Betriebsdaten des Verbrennungsmotors eine notwendige KraftStoffmenge zum feh¬ lerfreien Betrieb errechnet wird und daraus eine notwendige Drehzahl der KraftStoffförderpumpe abgeleitet wird. Die Rege¬ lung der KraftStoffmenge ist hierbei nicht mehr optimal, son¬ dern lediglich derart ausgelegt, dass ein schadfreier Betrieb möglich ist. Auch ist es zu bevorzugen, wenn das Modell verwendet wird, um aus bekannten Größen auf unbekannte Größen zu schließen, wo¬ bei das Modell empirisch ermittelte Datensätze und/oder durch Simulation ermittelte Datensätze aufweist, um die unbekannten Größen zu bestimmen.
Das verwendete Modell beziehungsweise die verwendeten Modelle bilden jeweils eine reduzierte Abbildung der Realität, welche auf eine Vorgabe von definierten Eingangsgrößen eine oder mehrere Ausgangsgrößen ausgeben. Im Modell können hierzu un- terschiedlichste Arbeitsalgorithmen hinterlegt sein.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn auf Grundlage des Ab¬ gleiche des errechneten Druckwertes mit den externen Zu- standsgrößen eine Begrenzung des Arbeitsbereichs des Kraft- stofffördersystems verursacht wird.
Insbesondere wird der Ansteuerstrom des elektrischen Motors limitiert, sowohl hinsichtlich des Maximalwertes als auch des Minimalwertes, um sicherzustellen, dass die Kraftstoffförder- pumpe nur in einem zur jeweiligen Fahrsituation passenden Be¬ triebsbereich, insbesondere Drehzahlbereich, betrieben wird.
Auf diese Weise können die durch die sensorlose Druckregelung der KraftStoffförderpumpe ermittelten Werte für die Drehzahl der KraftStoffförderpumpe beziehungsweise den Ansteuerstrom überprüft werden. Ungewöhnliche Werte, die nicht zu der tat- sächlich vorherrschenden Situation passen, können so erkannt werden und ein Betrieb der KraftStoffförderpumpe mit einer falschen Drehzahl und damit einem falschen Fördervolumen kann vermieden werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn auf Grundlage des Ab¬ gleiche der externen Zustandsgrößen mit dem ermittelten
Druckwert eine Kalibrierung des KraftStofffördersystems vor¬ genommen wird. Durch ein Erfassen der externen Zustandsgrößen können ins¬ besondere bereits erfolgte Kalibrierungen hinsichtlich ihrer Güte überprüft werden beziehungsweise es können Korrekturwer¬ te erzeugt werden, die eine Verbesserung der Güte erreichen. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn für die Ermittlung des Druckwertes im KraftStofffördersystem eine KraftStofftem- peratur von 20° zugrunde gelegt wurde, der Kraftstoff aktuell aber eine höhere Temperatur aufweist, beispielsweise 60°, wo¬ durch der Kraftstoff andere Fließeigenschaften aufweist und somit die Druckermittlung beeinflusst wird. Durch das Hinzu- ziehen der externen Zustandsgröße kann eine situationsge¬ rechte Anpassung der Druckwertermittlung erfolgen, wodurch die Regelgüte des Systems verbessert wird.
Auch ist es zweckmäßig, wenn zumindest eine externe Zustands- große direkt in die Ermittlung des Druckwertes einfließt. Ei¬ ne externe Zustandsgröße, die beispielsweise die Drehzahl oder den Ansteuerstrom des elektrischen Motors direkt beein¬ flusst, kann besonders vorteilhaft genutzt werden, um den Druckwert direkt zu ermitteln. Dies kann beispielsweise der durch die Lambda-Sonde feststellbare Ethanolgehalt des Kraft¬ stoffes sein.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine exter¬ ne Zustandsgröße zur indirekten Bestimmung einer internen Zu- standsgröße des KraftStofffördersystems verwendet wird. Beispielsweise kann die Außentemperatur verwendet werden, um ausgehend von ihr als Startwert die KraftStofftemperatur im Kraftstofftank vorherzusagen. Aus der KraftStofftemperatur im Tank kann beispielsweise auf die Temperatur der Kraftstoff¬ förderpumpe und insbesondere die Temperatur der Wicklung des elektrischen Motors geschlossen werden, wodurch ein situati- onsoptimierter Betrieb ermöglicht wird.
Eine interne Zustandsgröße ist dabei insbesondere eine Zu- standsgröße, welche eine Aussage über ein spezielles Element oder Bauteil des KraftStofffördersystems zulässt. Beispiels¬ weise den elektrischen Motor oder die KraftStoffförderpumpe selbst .
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der ermittelte Druckwert dem Druck im Kraftstoff am Ausgang der KraftStoffförderpumpe und/oder an einer Stelle stromabwärts der KraftStoffförder¬ pumpe und/oder an einer Stelle stromaufwärts der Kraftstoff¬ förderpumpe entspricht. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbe¬ schreibung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert er¬ läutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens, und
Fig. 2 ein Blockschaltbild, welches beispielhaft den Auf¬ bau eines Modells in einem Simulationsprogramm zeigt, dabei ist der Übergang von externen Zu¬ standsgroßen aus einem fahrzeugseitigen Modell in ein Steuergerät gezeigt, die zur Bestimmung des
Druckwertes verwendet wird.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung Die Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm 1, welches das erfin¬ dungsgemäße Verfahren darstellt. In Block 2 wird die Drehzahl des elektrischen Motors, welcher die KraftStoffförderpumpe antreibt, erfasst. In Block 3 wird der Ansteuerstrom des elektrischen Motors erfasst. Beide Erfassungen können auf vielfältige Weise durch bekannte Methoden geschehen.
In Block 4 wird auf Grundlage der ermittelten Drehzahl und des ermittelten Ansteuerstroms des elektrischen Motors ein Druckwert ermittelt. Dieser Druckwert gibt den Druck in dem zu fördernden Kraftstoff wieder. Anschließend wird in Block 5 eine Verarbeitung des ermittelten Druckwertes mit zumindest einer externen Zustandsgröße durchgeführt. Hierbei kann die Verarbeitung auf vielfältige Weise geschehen. Neben einer Verrechnung, kann auch ein Vergleich der Werte stattfinden oder eine Korrektur. Abhängig von der externen Zustandsgröße, die herangezogen wurde, kann die Art der Verarbeitung mit dem ermittelten Druckwert variieren.
Schließlich folgt in Block 6 eine Korrektur des Druckwertes. Hierbei wird der zuvor ermittelte Druckwert in Abhängigkeit von der Verarbeitung mit den externen Zustandsgroßen korri¬ giert. Der korrigierte Druckwert kann dann wieder als Grund¬ lage für weitere Berechnungen oder Verarbeitungen herangezo¬ gen werden. Insbesondere kann eine gezielte Anpassung des An- Steuerstroms des elektrischen Motors erfolgen, um die Förder¬ leistung der KraftStoffförderpumpe zu verändern.
Der Pfeil 7 steht symbolisch für die Weiterleitung des korri¬ gierten Druckwertes beispielsweise an ein weiteres Steuerge¬ rät. Alternativ kann der Pfeil 7 auch für eine in Abhängig¬ keit des korrigierten Druckwertes erfolgende angepasste An- Steuerung des elektrischen Motors stehen. Hierdurch kann eine besser an die gegebenen Randbedingungen angepasste Kraft¬ stoffförderung durch die KraftStoffförderpumpe erreicht wer¬ den .
Die Figur 2 zeigt eine schematische Übersicht 8 in Form eines Blockschaltbildes. In Figur 2 ist ein Block 9 dargestellt, welcher einem Modell entspricht, wie es im Fahrzeug bei¬ spielsweise in einem Steuergerät hinterlegt werden kann. Der Block 9 steht symbolisch für dieses Modell.
Innerhalb des Blocks 9 sind die Blöcke 10, 11, 12, 13, 14 und 15 dargestellt. Diese Blöcke 10 bis 15 stehen für einzelne Eingangsgrößen, die in das Modell 9 eingelesen werden können. Die Eingangsgrößen können, wie bereits im vorausgehenden Teil der Beschreibung dargestellt, durch unterschiedlichste Werte gebildet werden. Unter anderem Messwerte von Sensoren oder errechnete Werte. Beispielhaft seien hier Werte wie die Mo¬ tordrehzahl, der Kraftstoffverbrauch, die Außentemperatur, die Temperatur der Kraftstoff Hochdruckpumpe oder die Kraft¬ stoffqualität genannt.
Die Eingangsgrößen werden innerhalb des Modells 9 verarbei¬ tet. Hierzu zählen insbesondere Gewichtungen und Berechnun¬ gen. Die einzelnen Werte werden im Balken 16 zusammengeführt und einzeln in ausgewählter Form oder als kombiniertes Signal entlang der Signalleitungsstrecke 17 an den Block 18 weiter¬ geleitet .
Der Block 18 symbolisiert ein Steuergerät, welches der An- Steuerung des elektrischen Motors der KraftStoffförderpumpe dient. In dieses Steuergerät 18 können über die Signalleitung 19 auch weitere Zustandsgrößen oder externe Anforderungen
zugeführt werden. Innerhalb des Steuergerätes 18 geschieht beispielsweise die Verarbeitung der ermittelten Werte für den Ansteuerstrom des elektrischen Motors und den Wert für dessen Drehzahl mit einer oder mehreren der externen Zustandsgrößen . Aus dem Steuergerät 18 kann schließlich ein Steuersignal an den elektrischen Motor zurückgegeben werden, wodurch eine An¬ passung der Drehzahl des elektrischen Motors erreicht werden kann . Die Figuren 1 und 2 haben keinen beschränkenden Charakter und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.