Ein Beitrag zur prädiktiven Regelung verbrennungsmotorischer Prozesse

Die Motordrehzahl und das Antriebsmoment sind zwei der wichtigsten Prozessgrößen bei der Steuerung von Verbrennungsmotoren. Durch die wachsende Anzahl an Stellgrößen, durch ausgeprägte Nichtlinearitäten oder durch die Verkopplung von Teilprozessen ist es zunehmend schwieriger, den steigenden Anforderungen hinsichtlich Fahrkomfort, Effizienz und Abgasqualität mit klassischen Steuerungsstrukturen gerecht zu werden.
In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiger allgemeiner Steuerungsansatz für die Momenten- und Drehzahlregelung von Verbrennungsmotoren vorgestellt. Dabei wird das komplexe Steuerungsproblem auf ein mit Standardverfahren lösbares Mehrgrößenproblem zurückgeführt. Das gelingt dadurch, dass die Änderungen der für die Verbrennung wichtigen Zielgrößen zunächst in resultierende Änderungen des Motormomentes umgerechnet werden. Diese Teilmomente werden ausgehend von einer Grundeinstellung in unterlagerten Regelkreisen eingestellt und können dann als Stellgrößen in einer Drehzahl- und Momentenregelung verwendet werden.
Ein großer Vorteil dieses Ansatzes liegt in der damit verbundenen Linearisierung des Prozessverhaltens. Die unterlagerten Regelkreise lassen sich ausreichend genau durch lineare Modelle beschreiben, was die Nutzung linearer Standardregelungsverfahren ermöglicht. Für Mehrgrößensysteme mit Stellbegrenzungen haben sich die modellprädiktiven Regelungsalgorithmen in vielen Bereichen bewährt. Die Berücksichtigung von Stellbegrenzungen und die Möglichkeit, zukünftige Sollwert- und Störinformationen unmittelbar verwerten zu können, motivierte zur Anwendung eines modellprädiktiven Regelungsverfahrens für die Verbrennungsmotorsteuerung.