Steuervorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Betreibervorrichtung zum Betreiben eines Leistungsbereitstellungssystems, Brennkraftmaschinenanordnung und Leistungsbereitstellungssystem mit einer solchen Brennkraftmaschinenanordnung

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, eine Betreibervorrichtung zum Betreiben eines eine Brennkraftmaschine aufweisenden Leistungsbereitstellungssystems, eine Brennkraftmaschinenanordnung und ein Leistungsbereitstellungssystem mit einer solchen Brennkraftmaschinenanordnung.

Eine Brennkraftmaschine wird typischerweise durch eine Steuervorrichtung gesteuert oder geregelt, wobei eine Hierarchie verschiedener Steuerungs- oder Reglungsebenen vorgesehen sein kann. Dabei ermittelt ein Primärregelmodul Sollwertvorgaben für mindestens ein Sekundärregelmodul, typischerweise für eine Mehrzahl von Sekundärregelmodulen, wobei die Sekundärregelmodule in Abhängigkeit von der jeweiligen Sollwertvorgabe Ansteuervorgaben zur Ansteuerung von Komponenten oder Stellgliedern für den Betrieb der Brennkraftmaschine bestimmen. Auf diese Weise können übergeordnete Regelungsziele, wie beispielsweise das Einhalten vorbestimmter Emissionsgrenzen oder das Erzielen eines möglichst geringen Brennstoffverbrauchs, auf der übergeordneten Ebene des Primärregelmoduls berücksichtigt werden, wobei in den jeweiligen Sekundärregelmodulen implementiert ist, wie die von dem Primärregelmodul vorgegebenen, zum Erreichen der übergeordneten Regelungsziele geeigneten Sollwertvorgaben in den Stellgliedern umgesetzt werden können. Dabei weisen die verschiedenen Komponenten einer Brennkraftmaschine und damit auch die den Komponenten zugeordneten Sekundärregelmodule typischerweise stark divergierende physikalische Zeitkonstanten auf, die zur Einregelung von Sollwerten benötigt werden. Beispielsweise läuft die Verbrennung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine auf einer sehr viel kürzeren Zeitskala ab als die Einstellung eines bestimmten Ladedrucks im Gaspfad der Brennkraftmaschine. Abgasnachbehandlungssysteme der Brennkraftmaschine wie beispielsweise SCR-Katalysatoren weisen typischerweise noch längere Zeitskalen auf. Wird eine Brennkraftmaschine insbesondere innerhalb eines Leistungsbereitstellungssystems, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs oder in Kombination mit einem Generator zur Bereitstellung elektrischer Leistung, durch einen Betreiber betrieben, gibt der Betreiber oder eine Betreibervorrichtung typischerweise Vorgabeparameter für den Betrieb der Brennkraftmaschine vor, beispielsweise in Form einer Drehmoment-Anforderung oder der Vorgabe einer bestimmten Drehzahl. Diese Vorgabeparameter werden dabei für einen bestimmten Zeitpunkt, insbesondere als momentan zu erfüllende Vorgaben, vorgegeben. Selbst wenn die Steuerung der Brennkraftmaschine intern auf ein modellbasiertes prädiktives Regelverfahren zurückgreift, bezieht sich die Prädiktion nur auf die interne Steuerung oder Regelung der einzelnen Komponenten der Brennkraftmaschine. Insofern ist die Steuervorrichtung der Brennkraftmaschine gleichsam blind für die Zukunft, was gerade unter Berücksichtigung der zuvor angesprochenen Zeitskalen ungünstig mit Blick auf das möglichst genaue Erreichen vorgegebener Regelungsziele ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, eine Betreibervorrichtung zum Betreiben eines eine Brennkraftmaschine aufweisenden Leistungsbereitstellungssystems, eine Brennkraftmaschinenanordnung und ein Leistungsbereitstellungssystem mit einer solchen Brennkraftmaschinenanordnung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert sind, vorzugsweise nicht auftreten.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten bevorzugten Ausführungsformen.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine geschaffen wird. Die Steuervorrichtung weist ein Primärregelmodul auf, das eingerichtet ist, um mindestens eine Sollwertvorgabe für mindestens ein Sekundärregelmodul zu bestimmen. Das mindestens eine Sekundärregelmodul ist eingerichtet, um in Abhängigkeit von der mindestens einen Sollwertvorgabe mindestens eine Ansteuervorgabe für die Ansteuerung von mindestens einem Stellglied zu bestimmen. Das Primärregelmodul weist ein Bestimmungsmodul auf, das eingerichtet ist, um die mindestens eine Sollwertvorgabe mittels eines modellbasierten prädiktiven Regelverfahrens unter Berücksichtigung eines auf einer physikalischen Zeitkonstante des mindestens einen Sekundärregelmoduls basierenden Prädiktionshorizonts zu bestimmen. Das Primärregelmodul weist eine Betreiber-Schnittstelle auf, die eingerichtet ist, um mindestens eine durch einen Betreiber oder eine Betreibervorrichtung zumindest für den Prädiktionshorizont vorgegebene zeitliche Vorgabeparameter-Trajektorie für mindestens einen Vorgabeparameter, insbesondere für den Betrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere einen Vorgabeparameter der Brennkraftmaschine, zu empfangen. Das Bestimmungsmodul ist eingerichtet, um die mindestens eine Sollwertvorgabe in Abhängigkeit von der mindestens einen empfangenen zeitlichen Vorgabeparameter- Trajektorie mittels des modellbasierten prädiktiven Regelverfahrens, unter Auswertung der Vorgabeparameter-Trajektorie für den Prädiktionshorizont, zu bestimmen. Insbesondere ist das Bestimmungsmodul eingerichtet, um die mindestens eine Vorgabeparameter-Trajektorie zu empfangen. Mit der Betreiber-Schnittstelle und damit der Möglichkeit, von dem Betreiber oder der Betreibervorrichtung die zumindest für den Prädiktionshorizont vorgegebene zeitliche Vorgabeparameter-Trajektorie für den mindestens einen Vorgabeparameter zu empfangen, wird es der Steuervorrichtung vorteilhaft ermöglicht, gleichsam einen Blick in die Zukunft zu werfen und eine zukünftige Entwicklung des mindestens einen Vorgabeparameters zumindest auf der Zeitskala des Prädiktionshorizonts in die Steuerung oder Regelung der Brennkraftmaschine einzubeziehen. Auf diese Weise können dann die Sollwertvorgaben und damit zugleich auch die Ansteuervorgaben so bestimmt werden, dass das dynamische Verhalten auch langsamerer Komponenten der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung der zukünftigen Entwicklung des mindestens einen Vorgabeparameters optimal in die Steuerung oder Regelung einbezogen wird. Hierdurch wiederum können übergeordnete Regelungsziele wie beispielsweise vorbestimmte Emissionsgrenzen oder ein minimaler Brennstoffverbrauch mit höherer Genauigkeit eingehalten werden, wobei zugleich für den Betreiber vorteilhaft sichergestellt werden kann, dass auch die angeforderten Vorgabeparameter zumindest auf der Zeitskala des Prädiktionshorizonts durch die Brennkraftmaschine erbracht werden können. Insbesondere können auf diese Weise auch ansonsten vorgesehene Reserven für einzuregelnde Größen oder Stellglieder entfallen. Auch eine Ventilsteuerung für mindestens einen Brennraum der Brennkraftmaschine kann vorteilhaft vorausschauend angepasst werden. Insbesondere ist es möglich, Gaspfadgrößen wie beispielsweise den Ladedruck und den Einlassschluss sowie die Kraftstoffeinbringung frühzeitig anzupassen, um die Trägheit der unterlagerten Dynamiken zu kompensieren. Insgesamt ergibt sich für die durch die Steuervorrichtung geregelte oder gesteuerte Brennkraftmaschine ein verbessertes Emissionsverhalten, eine höhere Performance und/oder ein geringerer Verbrauch. Diese Vorteile verwirklichen sich in besonderer Weise bei einem autonomen System, insbesondere in einem autonom fahrenden oder autonom betriebenen Fahrzeug.

Die Steuervorrichtung ist insbesondere eingerichtet zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.

Unter einer physikalischen Zeitkonstante eines Sekundärregelmoduls wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Zeit verstanden, die ab einem Zeitpunkt des Setzens einer neuen Sollwertvorgabe vergeht, bis die Sollwertvorgabe auf 63 % eines stationären Endwerts eingeregelt ist. Die physikalische Zeitkonstante beschreibt somit die Zeitskala der Einregelung des Sekundärregelmoduls.

Unter einem Prädiktionshorizont wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Zeitdauer verstanden, die ausgehend von einem momentanen Zeitpunkt in die Zukunft betrachtet wird. Der Prädiktionshorizont ist oder wird insbesondere von der physikalischen Zeitkonstante abgeleitet, insbesondere als Vielfaches der physikalischen Zeitkonstante oder als Produkt der physikalischen Zeitkonstante mit einem insbesondere vorbestimmten Faktor berechnet. Insbesondere beträgt der Prädiktionshorizont das 1,5- bis 6- fache, vorzugsweise das 2- bis 5-fache, vorzugsweise das dreifache der physikalischen Zeitkonstante. Es ist möglich, dass der Prädiktionshorizont durch die Steuervorrichtung berechnet wird. Es ist aber auch möglich, dass der Prädiktionshorizont anderweitig vorgegeben ist oder wird.

Unter einer Trajektorie wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Mehrzahl an Datenpunkten oder Werten verstanden, die in Abhängigkeit der Zeit gegeben sind, insbesondere unabhängig davon, wie dicht die Datenpunkte oder Werte auf der Zeitachse liegen oder wie viele Datenpunkte oder Werte gegeben sind. Insbesondere muss es sich bei der Trajektorie nicht um eine kontinuierliche Funktion der Zeit handeln, vielmehr können die Datenpunkte oder Werte der Trajektorie diskret gegeben sein. Allerdings kann es sich bei der Trajektorie auch um eine kontinuierliche Funktion der Zeit handeln. Insbesondere umfasst die Trajektorie eine Mehrzahl von Datenpunkten oder Werten für einen momentanen Zeitpunkt und zukünftige Zeitpunkte, zumindest bis zu dem momentanen Zeitpunkt zuzüglich des Prädiktionshorizonts. Die Trajektorie kann über den Prädiktionshorizont hinaus vorgegeben sein; insbesondere wird sie in diesem Fall aber nur - gegebenenfalls abschnittsweise - für den Prädiktionshorizont ausgewertet.

Die Betreiber-Schnittstelle ist insbesondere eingerichtet, um die Vorgabeparameter-Trajektorie in Echtzeit, insbesondere zur Laufzeit der Brennkraftmaschine und im realen Betrieb der Brennkraftmaschine, zu empfangen. Insbesondere ist die Betreiber-Schnittstelle eingerichtet, um fortlaufend die insbesondere für den von einem momentanen Zeitpunkt ausgehenden und damit in der Zeit fortschreitenden Prädiktionshorizont fortlaufend aktualisierte Vorgabeparameter- Trajektorie zu empfangen.

Insbesondere kann mittels der Betreiber-Schnittstelle eine von dem Betreiber oder der Betreibervorrichtung in Echtzeit erstellte Vorgabeparameter-Trajektorie empfangen werden. Somit ist eine besonders zielgenaue und an die realen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angepasste Steuerung oder Regelung möglich. Die Betriebsparameter- Trajektorie wird also vorteilhaft insbesondere nicht durch den Betreiber oder die Betreibervorrichtung vorab erstellt, sondern vielmehr ad hoc, in Echtzeit für den realen Betrieb der Brennkraftmaschine ermittelt und/oder insbesondere von dem Betreiber erstellt. Dies schließt nicht aus, dass dabei Erfahrungen und/oder Daten aus der Vergangenheit in die Bestimmung der Vorgabeparameter-Trajektorie einfließen. Dies wiederum ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Brennkraftmaschine wiederkehrenden Betriebsbedingungen ausgesetzt ist, und/oder wenn sie in einem insbesondere autonom fahrenden oder betriebenen Fahrzeug betrieben wird. Insbesondere ist dies vorteilhaft, wenn das Fahrzeug regelmäßig eine bestimmte Strecke befährt oder bestimmte Arbeiten unter regelmäßigen Bedingungen verrichtet, wie dies beispielsweise bei Schienenfahrzeugen oder Minenfahrzeugen der Fall ist.

Insbesondere die Möglichkeit, mittels der Betreiber-Schnittstelle eine in Echtzeit und zur Laufzeit der Brennkraftmaschine im realen Betrieb erstellte Vorgabeparameter-Trajektorie zu empfangen, eröffnet weitreichende Vorteile für den Betrieb autonomer Systeme, insbesondere autonom fahrender oder betriebener Fahrzeuge mit Blick auf Leistung, Emissionsverhalten, und Verbrauchsreduktion. Unter einem Betreiben der Brennkraftmaschine wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein Steuern oder ein Regeln, vorzugsweise ein Regeln, des Betriebs der Brennkraftmaschine verstanden.

Unter einem Primärregelmodul wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein einem Sekundärregelmodul hierarchisch übergeordnetes oder überlagertes Modul verstanden, das eingerichtet ist, um dem Sekundärregelmodul eine Sollwertvorgabe insbesondere als einen durch das Sekundärregelmodul einzuregelnden Sollwert vorzugeben. In einer Ausführungsform der Steuervorrichtung ist das Primärregelmodul außerdem eingerichtet, um mindestens einen Rückmeldewert von dem Sekundärregelmodul zu empfangen, insbesondere wenigstens einen Istwert für eine physikalische Messgröße, eine den Prädiktionshorizont für das Sekundärregelmodul zumindest mitbestimmende Zeitkonstante, und/oder wenigstens einen Sollvorgabe-Grenzwert. Ein solcher Sollvorgabe-Grenzwert definiert dabei eine Begrenzung für die durch das Sekundärregelmodul einzuregelnde Sollwertvorgabe, beispielsweise weil das Sekundärregelmodul aus physikalischen Gründen keine über den Sollvorgabe-Grenzwert hinausgehende Sollwertvorgabe einregeln kann.

Unter einem Sekundärregelmodul wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein einem Primärregelmodul hierarchisch untergeordnetes oder unterlagertes Modul verstanden, das eingerichtet ist, um eine Sollwertvorgabe von dem Primärregelmodul zu empfangen und in Abhängigkeit von der mindestens einen Sollwertvorgabe die mindestens eine Ansteuervorgabe für die Ansteuerung des mindestens einen Stellglieds zu bestimmen. In einer Ausführungsform der Steuervorrichtung ist das Sekundärregelmodul außerdem eingerichtet, um mindestens einen Rückmeldewert an das Primärregelmodul, insbesondere an das Bestimmungsmodul und/oder an ein im Folgenden näher erläutertes Betriebsgrenzen-Modul, zurückzugeben, insbesondere den wenigstens einen Istwert für eine physikalische Messgröße, die den Prädiktionshorizont für das Sekundärregelmodul zumindest mitbestimmende Zeitkonstante, den wenigstens einen Sollvorgabe-Grenzwert, und/oder eine Fehlermeldung, beispielsweise mit dem Inhalt, dass ein Stellglied, insbesondere eine Klappe, klemmt oder hängt. Das Sekundärregelmodul ist dabei selbst bevorzugt eingerichtet, um Stellgrößengrenzen der angesteuerten Stellglieder zu berücksichtigen, insbesondere um die Stellgrößengrenzen bei der Bestimmung des wenigstens einen Sollvorgabe-Grenzwerts zu berücksichtigen. In einer Ausführungsform ist das Sekundärregelmodul eingerichtet, um mindestens eine Stellgrößengrenze von einem unterlagerten Tertiärregelmodul oder einem Stellglied zu empfangen. Eine derartige Stellgrößengrenze kann beispielsweise ein Klappenanschlag, oder allgemein eine Begrenzung eines Stellwegs, ein maximaler Druck, oder eine maximale Komponentendrehzahl, beispielsweise in einem Abgasturbolader, sein.

Die von dem Sekundärregelmodul bestimmte Ansteuervorgabe kann insbesondere direkt eine Ansteuergröße für ein Stellglied sein. Alternativ kann die Ansteuervorgabe auch eine Sekundär- Sollwertvorgabe für ein Tertiärregelmodul sein. In diesem Fall ist das Sekundärregelmodul seinerseits dem Tertiärregelmodul hierarchisch übergeordnet oder überlagert, wobei das Tertiärregelmodul dem Sekundärregelmodul hierarchisch untergeordnet oder unterlagert ist, und wobei das Tertiärregelmodul eingerichtet ist, um in Abhängigkeit von der Sekundär- Sollwertvorgabe eine weitere Ansteuervorgabe für die Ansteuerung des mindestens einen Stellglieds, insbesondere als direkte Ansteuergröße für das Stellglied, zu ermitteln.

Das mindestens eine Stellglied kann insbesondere ein Stellglied der Brennkraftmaschine sein. Insbesondere kann das Stellglied ein Stellglied eines Motorblocks der Brennkraftmaschine sein. Das Stellglied kann aber auch ein Stellglied außerhalb der Brennkraftmaschine, insbesondere außerhalb eines Motorblocks sein, beispielsweise ein zur Beeinflussung eines extern bereitgestellten Kühlkreislaufs vorgesehenes Stellglied, beispielsweise ein Ventil, eine Pumpe oder dergleichen, oder ein Stellglied eines Getriebes, mit dem die Brennkraftmaschine wirkverbunden ist.

Unter einem Modul wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre allgemein insbesondere eine gedanklich oder physikalisch abgrenzbare oder abgegrenzte Funktionseinheit verstanden, die eingerichtet ist, um mindestens eine bestimmte Funktion durchzuführen. Dabei kann es sich um eine separate Rechenvorrichtung, um einen Teil einer Rechenvorrichtung, um eine Hardwarestruktur, oder um eine Softwarestruktur handeln, die oder der jeweils zur Erfüllung der mindestens einen bestimmten Funktion eingerichtet und vorgesehen ist.

In einer Ausführungsform weist die Steuervorrichtung eine Mehrzahl von Sekundärregelmodulen auf, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um als Prädiktionshorizont eine in Abhängigkeit der physikalische Zeitkonstante des langsamsten Sekundärregelmoduls bestimmte Zeitdauer zu verwenden, das heißt desjenigen Sekundärregelmoduls, welches die längste physikalische Zeitkonstante für die Einregelung einer Sollwertvorgabe aufweist. Insbesondere wird der Prädiktionshorizont berechnet, indem die physikalische Zeitkonstante des langsamsten Sekundärregelmoduls mit einem Faktor multipliziert wird, wobei der Faktor vorzugsweise von 1,5 bis 6, vorzugsweise von 2 bis 5, vorzugsweise 3 beträgt.

Unter einem modellbasierten prädiktiven Regelverfahrens wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Modellprädiktive Regelung (Model Predictive Control - MPC) verstanden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bestimmungsmodul eingerichtet ist, um eine Optimierung der mindestens einen Sollwertvorgabe durch Ermittlung eines Extremums einer Kostenfunktion durchzuführen, wobei die mindestens eine empfangene zeitliche Vorgabeparameter-Trajektorie in die Kostenfunktion eingeht, und wobei die Kostenfunktion für den Prädiktionshorizont ausgewertet wird. Insbesondere wird es auf diese Weise vorteilhaft möglich, insbesondere in die Kostenfunktion eingehende übergeordnete Regelungszielgrößen möglichst genau unter Berücksichtigung der zeitlichen Entwicklung des mindestens einen Vorgabeparameters einzuhalten oder zu erreichen. Dass die Kostenfunktion ausgewertet wird, bedeutet insbesondere, dass für die Kostenfunktion ein Extremum ermittelt wird; insbesondere wird die Kostenfunktion für den Prädiktionshorizont minimiert.

In einer Ausführungsform hat die Kostenfunktion I in Abhängigkeit von der Sollwertvorgabe u(t) insbesondere folgende allgemeine Form: wobei die Integration von einem jeweils aktuellen Zeitpunkt / ‘ bis zu einem zukünftigen Zeitpunkt, der sich durch Addition des Prädiktionshorizonts tp zu dem aktuellen Zeitpunkt t ‘ ergibt, durchgeführt wird, wobei der Laufindex z über alle in die Kostenfunktion eingehenden Kostenterme Ji(u(t),x(t),z) läuft, für die Vorgabewerte in Form von Regelungszielen oder Vorgabeparametern vorgegeben sind. Mit x/7 sind allgemein die den jeweiligen Kostenterm Ji(u(t),x(t),z) mitbestimmende Messgrößen bezeichnet; z bezeichnet nicht beeinflussbare Bedingungen, beispielsweise den Umgebungsdruck, von denen der jeweilige Kostenterm Ji(u(t),x(t),z) abhängt. Eine Zeitabhängigkeit der nicht beeinflussbaren Bedingungen z ist hier nicht explizit angegeben, da diese typischerweise auf der Zeitskala des Prädiktionshorizonts in guter Näherung als konstant angenommen werden können. Selbstverständlich ist es aber möglich, auch für die nicht beeinflussbaren Bedingungen z eine explizite Zeitabhängigkeit zu berücksichtigen. In der Kostenfunktion sind außerdem Gewichtungsfaktoren Tj vorgesehen. Die Vorgabewerte können zeitlich konstant - = const - oder aber insbesondere als

Vorgabe-Trajektorien zeitlich variabel sein. Insbesondere geht die mindestens eine Vorgabe- Trajektorie als ein zeitabhängiger Vorgabewert in die Kostenfunktion ein. Der Vorfaktor 1/tp dient vorteilhaft dazu, die Kostenfunktion zu normieren und damit unabhängig von der zeitlichen Länge des Prädiktionshorizonts zu machen, und er sorgt außerdem dafür, dass der Wert der Kostenfunktion dimensionslos ist; der Vorfaktor 1/tp kann aber auch weggelassen werden, insbesondere da er für die nachfolgend erläuterte Minimumsuche irrelevant ist. Die Kostenterme Ji(u(t), x(t),z) hängen von der mindestens einen Sollwertvorgabe u(t) insbesondere in Form eines Sollwertvorgabevektors ab, sodass für die mindestens eine Sollwertvorgabe u(t) durch Ermittlung des Extremums, bei der gegebenen Definition nach Gleichung (1) insbesondere des Minimums, der Kostenfunktion ein optimale Sollwertvorgabe u _opt erhalten werden kann: u _opt = arg min /(u, x, z) = arg min-

Insbesondere wird das Extremum der Kostenfunktion unter Nebenbedingungen ermittelt, insbesondere unter folgenden Nebenbedingungen: x(t) = (it(t), x(t)) , (2a) wobei die geeignet wählbare Funktion f(u(t),x(t)) ein Modell für die Dynamik der Messgröße x(t) darstellt; u ^min < u(t) < u ^max , (2b) mit geeignet wählbaren Grenzen u ^m,n , u ^max für die Sollwertvorgabe u(t) x(0) = x ₀ , (2c) als Startbedingung für die Messgröße x(t) mit geeignet wählbarem xo, beispielsweise einem aktuellen Messwert, und einer Beschränkungsfunktion

/i(it(t), x(t)) < 0 . (2d)

Insbesondere werden die Kostenterme Ji(u(t),x(t),z) durch das mindestens eine unten näher beschriebene Gauß-Prozessmodell oder mithilfe des mindestens einen Gauß-Prozessmodells berechnet.

Beispielsweise kann die Kostenfunktion gemäß Gleichung (1) die folgende spezifische Form annehmen: mit dem Soll-Brennstoffverbrauch CD,S und den Soll-Stickoxidemissionen CNOX.S als Regelungszielgrößen, sowie der Soll-Drehmoment-Trajektorie M _s (f) und der Soll-Drehzahl - Trajektorie n _s (f) als Vorgabeparameter-Trajektorien. Wird das Drehmoment als Vorgabeparameter vorgegeben, wird als Soll-Drehzahl-Trajektorie insbesondere eine über den Prädiktionshorizont prognostizierte Ist-Drehzahl verwendet. Zahlreiche weitere Größen können in die Kostenfunktion eingehen; beispielsweise kann als weitere Größe eine Abgastemperatur in die Kostenfunktion eingehen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Vorgabeparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer Leistungsanforderung, einem Drehmoment, und einer Drehzahl. In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass für mindestens zwei Vorgabeparameter jeweils eine Vorgabeparameter-Trajektorie empfangen wird, wobei die mindestens zwei Vorgabeparameter ausgewählt sind aus der zuvor genannten Gruppe. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Sekundärregelmodul ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Brennstoffzufuhrregler, einem Gaspfadregler, und einem Abgasnachbehandlungsregler. Insbesondere diese Sekundärregelmodule weisen physikalische Zeitkonstanten auf, die jedenfalls deutlich länger sind als die Zeitskala der Verbrennung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine. Dabei ist typischerweise dem Brennstoffzufuhrregler eine erste physikalische Zeitkonstante zugeordnet, die kürzer ist als eine dem Gaspfadregler zugeordnete zweite physikalische Zeitkonstante, wobei dem Abgasnachbehandlungsregler eine dritte physikalische Zeitkonstante zugeordnet ist, die länger ist als die dem Gaspfadregler zugeordnete zweite physikalische Zeitkonstante. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuervorrichtung mindestens zwei Sekundärregelmodule aufweist, die jeweils ausgewählt sind aus der zuvor genannten Gruppe. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuervorrichtung genau zwei Sekundärregelmodule aufweist, insbesondere ein erstes, als Brennstoffzufuhrregler ausgebildetes Sekundärregelmodul und ein zweites, als Gaspfadregler ausgebildetes Sekundärregelmodul. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuervorrichtung alle drei Sekundärregelmodule der Gruppe aufweist, das heißt einen Brennstoffzufuhrregler, einen Gaspfadregler und einen Abgasnachbehandlungsregler.

Ein Brennstoffzufuhrregler als Sekundärregelmodul empfängt insbesondere einen Einspritzbeginn, eine Einspritzmasse sowie gegebenenfalls einen Raddruck, insbesondere einen Einspritzdruck oder Eindüsdruck, als Sollwertvorgaben von dem Primärregelmodul. Der Brennstoffzufuhrregler ist außerdem insbesondere eingerichtet, um in Abhängigkeit von den Sollwertvorgaben einen Bestromungsbeginn, eine Bestromungsdauer und/oder ein Bestromungsende für eine Brennstoff einbringvorrichtung, insbesondere einen Injektor, sowie gegebenenfalls eine Ansteuergröße für mindestens ein Rail-Stellglied, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Druckregelventil eines Brennstoffrails, einer Saugdrossel, und einer Brennstoffpumpe, als Ansteuervorgaben zu bestimmen.

Ein Gaspfadregler als Sekundärregelmodul empfängt insbesondere einen Luftmassenstrom und einen Ladedruck als Sollwertvorgaben von dem Primärregelmodul. Der Gaspfadregler ist außerdem insbesondere eingerichtet, um in Abhängigkeit von den Sollwertvorgaben eine Klappenposition oder Ventil Stellung für mindestens eine Gasklappe oder ein Gasventil, insbesondere eine Drosselklappe im Luftpfad oder eine Bypassklappe eines Abgasturboladers, als Ansteuervorgaben zu bestimmen.

Ein Abgasnachbehandlungsregler empfängt insbesondere eine Soll-Schadstoffkonzentration im Abgas, beispielsweise eine Soll-Stickoxid-Konzentration, als Sollwertvorgabe von dem Primärregelmodul. Der Abgasnachbehandlungsregler ist außerdem insbesondere eingerichtet, um in Abhängigkeit von der Sollwertvorgabe eine Ansteuergröße für eine Reaktionsmittel- Einbringvorrichtung zur Einbringung eines Reaktionsmittels, beispielsweise eines Reduktionsmittels, in den Abgasstrom als Ansteuervorgabe zu bestimmen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuervorrichtung, insbesondere das Primärregelmodul, außerdem ein Betriebsgrenzen-Modul aufweist, das mit der Betreiber-Schnittstelle wirkverbunden und eingerichtet ist, um die mindestens eine Vorgabeparameter-Trajektorie - insbesondere von der Betreiber-Schnittstelle - zu erhalten. Das Betriebsgrenzen-Modul ist weiter eingerichtet, um die mindestens eine Vorgabeparameter- Trajektorie auf der Grundlage von mindestens einer vorbestimmten Betriebsgrenze oder Begrenzung für die Brennkraftmaschine zu begrenzen und mindestens eine erste begrenzte Vorgabeparameter-Trajektorie zu erhalten. Alternativ oder zusätzlich ist das Betriebsgrenzen- Modul eingerichtet, um anhand der mindestens einen Vorgabeparameter-Trajektorie mindestens eine Betri ebsgrenzen-Trajektorie für den Prädiktionshorizont für mindestens eine Betriebsgrenze oder Begrenzung der Brennkraftmaschine zu bestimmen. Das Betriebsgrenzen-Modul ist insbesondere mit dem Bestimmungsmodul wirkverbunden. Das Betriebsgrenzen-Modul ist eingerichtet, um zumindest eine erste Trajektorie, ausgewählt aus der mindestens einen ersten begrenzten Vorgabeparameter-Trajektorie und der mindestens einen Betri ebsgrenzen- Trajektorie, an das Bestimmungsmodul zur Bestimmung der mindestens einen Sollwertvorgabe zu übermitteln. Das Bestimmungsmodul ist außerdem eingerichtet, um die mindestens eine Sollwertvorgabe anhand der zumindest einen ersten Trajektorie, ausgewählt aus der ersten begrenzten Vorgabeparameter-Trajektorie und der mindestens einen Betri ebsgrenzen- Trajektorie, zu bestimmen. Vorteilhaft können auf diese Weise Begrenzungen, insbesondere physikalische oder mechanische, insbesondere materialbedingte Begrenzungen, für den Betrieb der Brennkraftmaschine bei der Bestimmung der mindestens einen Sollwertvorgabe berücksichtigt und so ein sicherer Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet werden. In einer Ausführungsform der Steuervorrichtung weist das Primärregelmodul das Betriebsgrenzen-Modul auf. In einer Ausführungsform ist das Betri ebsgrenzen-Modul eingerichtet, um die mindestens eine Betriebsgrenze oder Begrenzung, insbesondere als Sollvorgabe-Grenzwert, von dem mindestens einen Sekundärregelmodul zu empfangen.

Unter einer begrenzten Vorgabeparameter-Trajektorie wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Trajektorie für den Vorgabeparameter verstanden, bei dem die einzelnen zeitabhängig gegebenen Werte - insbesondere auf der Grundlage der mindestens einen vorbestimmten Betriebsgrenze, einer Begrenzung oder einer vorbestimmten Anforderung begrenzt sind. Insbesondere wird die begrenzte Vorgabeparameter-Trajektorie durch Begrenzung der empfangenen Vorgabeparameter-Trajektorie erhalten. Beispielsweise kann die begrenzte Vorgabeparameter-Trajektorie Werte für das Drehmoment der Brennkraftmaschine enthalten, die auf der Grundlage der mindestens einen vorbestimmten Betriebsgrenze, Begrenzung oder Anforderung begrenzt sind.

Unter eine Betri ebsgrenzen-Trajektorie wird demgegenüber im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Trajektorie für die mindestens eine Betriebsgrenze verstanden, das heißt insbesondere eine zeitliche Abfolge von für die mindestens eine vorbestimmte Betriebsgrenze oder Begrenzung ermittelten, insbesondere berechneten, zeitabhängigen Werten, insbesondere für einen Zeitraum von dem momentanen Zeitpunkt bis zu einem zukünftigen Zeitpunkt, wobei sich der Zeitraum durch Addition des Prädiktionshorizonts auf den momentanen Zeitpunkt ergibt. Beispielsweise kann eine solche Betriebsgrenzen- Trajektorie zeitabhängige Werte für einen maximalen Spitzen-B rennraum druck umfassen, der seinerseits insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine variieren kann.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuervorrichtung, insbesondere das Primärregelmodul, ein Anforderungs-Modul aufweist, das mit der Betreiber- Schnittstelle wirkverbunden und eingerichtet ist, um die mindestens eine Vorgabeparameter- Trajektorie - insbesondere von der Betreiber-Schnittstelle - zu erhalten. Das Anforderungs- Modul ist weiter eingerichtet, um die mindestens eine Vorgabeparameter-Trajektorie auf der Grundlage von mindestens einer vorbestimmten, insbesondere gesetzlichen Anforderung an den Betrieb der Brennkraftmaschine zu begrenzen und mindestens eine zweite begrenzte Vorgabeparameter-Trajektorie zu erhalten. Alternativ oder zusätzlich ist das Anforderungs- Modul eingerichtet, um anhand der mindestens einen Vorgabeparameter-Trajektorie mindestens eine Anforderungs-Trajektorie für den Prädiktionshorizont für mindestens eine Anforderung an den Betrieb der Brennkraftmaschine zu bestimmen. Das Anforderungs-Modul ist insbesondere mit dem Bestimmungsmodul wirkverbunden. Das Anforderungs-Modul ist eingerichtet, um zumindest eine zweite Trajektorie, ausgewählt aus der mindestens einen zweiten begrenzten Vorgabeparameter-Trajektorie und der mindestens einen Anforderungs-Trajektorie, an das Bestimmungsmodul zur Bestimmung der mindestens einen Sollwertvorgabe zu übermitteln. Das Bestimmungsmodul ist eingerichtet, um die mindestens eine Sollwertvorgabe anhand der mindestens einen zweiten Trajektorie, ausgewählt aus der zweiten begrenzten Vorgabeparameter-Trajektorie und der mindestens einen Anforderungs-Trajektorie, zu bestimmen. Vorteilhaft können auf diese Weise Anforderungen an den Betrieb der Brennkraftmaschine bei der Bestimmung der mindestens einen Sollwertvorgabe berücksichtigt und so ein anforderungskonformer Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet werden. Solche Anforderungen können insbesondere mit Blick auf den Umweltschutz, den Gesundheitsschutz, den Lärmschutz oder andere, insbesondere gesetzliche Schutzziele ausgerichtet sein. In einer Ausführungsform der Steuervorrichtung weist das Primärregelmodul das Anforderungs-Modul auf.

Unter eine Anforderungs-Trajektorie wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Trajektorie für die mindestens eine Anforderung verstanden, das heißt insbesondere eine zeitliche Abfolge von für die mindestens eine Anforderung ermittelten, insbesondere berechneten, zeitabhängigen Werten, insbesondere für einen Zeitraum von dem momentanen Zeitpunkt bis zu einem zukünftigen Zeitpunkt, wobei sich der Zeitraum durch Addition des Prädiktionshorizonts auf den momentanen Zeitpunkt ergibt.

In einer Ausführungsform der Steuervorrichtung weist diese ein Zielvorgabe-Modul auf. Das Ziel vorgabe-Modul ist insbesondere mit dem Bestimmungsmodul wirkverbunden. Das Ziel vorgabe-Modul ist eingerichtet, um mindestens eine Zielvorgabe zu bestimmen, das heißt insbesondere vorzugeben, und die mindestens eine Zielvorgabe insbesondere als ein Regelungsziel an das Bestimmungsmodul zur Bestimmung der mindestens einen Sollwertvorgabe zu übermitteln. Das Bestimmungsmodul ist eingerichtet, um die mindestens eine Sollwertvorgabe anhand der mindestens einen Zielvorgabe zu bestimmen. Vorteilhaft können auf diese Weise weitere Zielvorgaben an den Betrieb der Brennkraftmaschine bei der Bestimmung der mindestens einen Sollwertvorgabe berücksichtigt werden, wobei so ein mit weiteren, beispielsweise von einem Hersteller der Brennkraftmaschine oder vom Betreiber vorgegebenen Zielen konformer Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet werden kann. In einer Ausführungsform der Steuervorrichtung weist das Primärregelmodul das Zielvorgabe- Modul auf.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine vorbestimmte Betriebsgrenze ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem maximalen Spitzen-Brennraumdruck, einer maximalen Abgastemperatur, einem maximalen Brennraumdruckgradient, und einem spätesten Brennstoff-Einbringende. Insbesondere diese Größen beziehungsweise Betriebsgrenzen sind für einen insbesondere auch langfristig sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine relevant. Die mindestens eine vorbestimmte Betriebsgrenze kann insbesondere in die Kostenfunktion eingehen, insbesondere zur Begrenzung der Vorgabewerte verwendet werden, oder das Extremum der Kostenfunktion kann unter der Nebenbedingung der Einhaltung der mindestens einen Betriebsgrenze aufgesucht werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine vorbestimmte Anforderung ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer maximalen Stickoxi demission, einer maximalen Partikelemission, und einer maximalen Kohlenwasserstoffemission. Die mindestens eine vorbestimmte Anforderung kann insbesondere in die Kostenfunktion eingehen, insbesondere zur Begrenzung der Vorgabewerte verwendet werden, oder das Extremum der Kostenfunktion kann unter der Nebenbedingung der Einhaltung der mindestens einen vorbestimmten Anforderung aufgesucht werden.

In einer Ausführungsform der Steuervorrichtung ist das Ziel vorgabe-Modul eingerichtet, um als Zielvorgabe einen minimalen Brennstoffverbrauch oder einen Soll-Brennstoffverbrauch zu bestimmen. Alternativ kann der minimale Brennstoffverbrauch oder Soll-Brennstoffverbrauch aber auch als eine vorbestimmte Anforderung durch das Anforderungs-Modul bestimmt werden. Die mindestens eine Zielvorgabe kann insbesondere in die Kostenfunktion eingehen, insbesondere direkt als ein Vorgabewert oder zur Begrenzung der Vorgabewerte oder das Extremum der Kostenfunktion kann unter der Nebenbedingung der Einhaltung der mindestens einen Zielvorgabe aufgesucht werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bestimmungsmodul eingerichtet ist, um das modellbasierte prädiktive Regelverfahren auf der Grundlage von mindestens einem Gauß-Prozessmodell durchzuführen. Gauß-Prozessmodelle eignen sich in besonderer Weise zur Regelung einer Brennkraftmaschine: Im Vergleich zu Polynom-basierten Modellen sind sie insbesondere einfacher im Anwendungsfeld an neue oder geänderte Datenpunkte adaptierbar, und sie weisen ein geeigneteres und auch physikalisch korrekteres Verhalten in Randbereichen des gegebenen Parameterraums auf. Im Vergleich zu physikalischen Modellen benötigen Sie einen deutlich geringeren Berechnungsaufwand. Außerdem ermöglichen sie die direkte Verwendung von Prüfstandsdaten. Ein solches Gauß-Prozessmodell ist insbesondere gegeben durch gespeicherte, beispielsweise in Prüfstandsversuchen erhaltene Datenpunkte (X*,FÄ), wobei mit Xb c R" ^{x m} insbesondere n Eingangsgrößen für m verschiedene Betriebszustände und mit Yb c R ^{m x k} insbesondere k Ausgangsgrößen für die m verschiedenen Betriebszustände angegeben sind. Insbesondere bilden die Eingangsgrößen Xb eine Teilmenge der Vereinigungsmenge aus den oben dargestellten Sollwertvorgaben u(t), Messgrößen x(t) und nicht beeinflussbaren Bedingungen z. Die Kostenterme Ji(u(t),x(t),z) können wiederum eine Teilmenge der Ausgangsgrößen Yb sein, oder die Kostenterme Ji(u(t),x(t),z) können aus den Ausgangsgrößen Yb berechnet werden. Es ist alternativ allerdings auch möglich, dass zumindest bestimmte Kostenterme Ji(u(t),x(t),z) nicht oder nur implizit von den Ausgangsgrößen Yb abhängen, beispielsweise der die Drehzahl betreffende Kostenterm. Weiterhin ist das Gauß- Prozessmodell durch ein vorgegebenes Berechnungsschema für einen Erwartungswert E(X„) c R ^{z /} ' und eine Varianz Var(X„) für nicht in dem ursprünglichen Datensatz enthaltene Eingangsgrößen für l verschiedene Betriebszustände X _u c R" ^{x 1} gegeben: mit einer Mittelwertfunktion m(X _u einer vorbestimmten Varianz er ² , der Einheitsmatrix I, und einer Kovarianz -Funktion K, die in folgender Weise vom euklidischen Abstand r zwischen zwei Punkten xy, X2 abhängt: mit einem vorbestimmten Abstandsparameter l und einer vorbestimmten Signalvarianz a _F .

Damit gelten in Gleichungen (4) und (5) K(X _u ,X _b ) K(X _b ^ _b ) R ^{m x m} , I R ^{m x m} und Y _b

Die Mittelwertfunktion m(x) wird vorzugsweise ihrerseits wiederum als ein Gauß-Prozessmodell erhalten.

Insbesondere wird zunächst ein erstes Gauß-Prozessmodell, das auch als Grundgitter bezeichnet wird, unter mindestens einer aus ersten Prüfstandsdaten abgeleiteten Nebenbedingung an zweite Prüfstandsdaten angepasst. Insbesondere werden dabei Eingangsgrößen X _b ausgewählt, und die zugehörigen Ausgangsgrößen Y _b werden so berechnet, dass eine Abweichung des Erwartungswerts E(X) des ersten Gauß-Prozessmodells, das von den Eingangsgrößen X _b und den Ausgangsgrößen Y _b bestimmt wird, zu den zweiten Prüfstandsdaten unter Einhaltung der Nebenbedingung minimiert wird. Weiterhin wird vorzugsweise zum Zweck der Bestimmung des ersten Gauß-Prozessmodells für dessen Mittelwertfunktion m(x) = 0 angenommen. Die ersten Prüfstandsdaten umfassen dabei einen größeren Parameterraum als die zweiten Prüfstandsdaten. Insbesondere ist es möglich, dass die ersten Prüfstandsdaten an einem Einzylinder-Prüfstand gemessen sind, während die zweiten Prüfstandsdaten am Vollmotor oder ebenfalls am Einzylinder-Prüfstand gemessen und in letzterem Fall vorzugsweise mittels eines Simulationsmodells auf den Vollmotor umgerechnet sind. Die Nebenbedingung wird bevorzugt als ein Trend erhalten, wobei beispielsweise festgestellt wird, ob sich bestimmte Parameter zueinander linear oder monoton verhalten. Wird kein solcher Trend festgestellt, kann die Nebenbedingung weggelassen werden, wobei die Anpassung des Gauß-Prozessmodells an die zweiten Prüfstandsdaten dann auch als unbeschränkt bezeichnet wird.

Der so erhaltene Erwartungswert des ersten Gauß-Prozessmodells wird dann in einem nächsten Schritt als Mittelwertfunktion m(x) in einem zweiten Gauß-Prozessmodell verwendet, in das nun die zweiten Prüfstandsdaten als bekannte Eingangsgrößen X _b 2 und Ausgangsgrößen Y _b 2 eingehen.

Insbesondere werden die oben beschriebenen Kostenterme durch das mindestens eine Gauß-Prozessmodell oder mithilfe des mindestens einen Gauß-Prozessmodells berechnet. In einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um das Gauß-Prozessmodell gemäß den Gleichungen (4) bis (7) im Betrieb der Brennkraftmaschine, das heißt insbesondere im Anwendungsfeld, anzupassen. Hierzu können insbesondere während des Betriebs der Brennkraftmaschine neu gemessene Datenpunkte (Xb ^ Yb ¹ ergänzt, oder als verbesserungsfähig erkannte Datenpunkte (Xb, Yb) aus den Prüfstandsdaten durch neu gemessene Datenpunkte (Xb Yb ‘ ersetzt werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bestimmungsmodul eingerichtet ist, um die mindestens eine Sollwertvorgabe als Sollwert-Trajektorie für den Prädiktionshorizont zu bestimmen. Im Vergleich zu einer momentanen Bestimmung der Sollwertvorgabe erlaubt die zeitabhängige Bestimmung der Sollwertvorgabe als Sollwert- Trajektorie einen besonders zielgenauen Betrieb der Brennkraftmaschine.

Insbesondere ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um ein Optimierungsproblem auf beschränktem zeitdiskretem Horizont, nämlich dem Prädiktionshorizont, zu lösen, wobei folgende Kriterien erfüllt werden: Die zeitlich mittlere Abweichung zwischen den Zieltrajektorien und den zugehörigen Modellwerten ist minimal; dies wird insbesondere durch die Bestimmung des Extremwerts der Kostenfunktion gewährleistet. Zugleich werden zu jedem Zeitpunkt des Prädiktionshorizonts alle vorgegebenen Begrenzungen, Anforderungen und Ziele eingehalten, wobei diese vorteilhaft selbst zeitlich variieren können. Eine Stelltrajektorie der jeweiligen Stellgrößen liegt zu jedem Zeitpunkt innerhalb der von den unterlagerten Reglern vorgegebenen Stellgrößengrenzen. Das dynamische Verhalten physikalischer Größen wie insbesondere des Ladedrucks und des Luftmassenstroms wird optimal kompensiert. Dabei wird vorteilhaft davon ausgegangen, dass das Brennstoffeinbringsystem der Brennkraftmaschine, insbesondere Einspritzsystem, eine vemachlässigbare Dynamik besitzt. Die Prädiktion der unterlagerten Dynamiken beginnt stets in den Istwerten des jeweils aktuellen Abtastzeitpunkts.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine geschaffen wird, wobei zumindest für einen auf einer physikalischen Zeitkonstante von mindestens einem Sekundärregelmodul für die Brennkraftmaschine basierenden Prädiktionshorizont mindestens eine zeitliche Vorgabeparameter-Trajektorie bereitgestellt wird. Mindestens eine Sollwertvorgabe für das mindestens eine Sekundärregelmodul wird in Abhängigkeit von der mindestens einen zeitlichen Vorgabeparameter-Trajektorie mittels eines modellbasierten prädiktiven Regelverfahrens, unter Auswertung der Vorgabeparameter- Trajektorie für den Prädiktionshorizont, bestimmt. In Abhängigkeit von der mindestens einen Sollwertvorgabe wird durch das mindestens eine Sekundärregelmodul mindestens eine Ansteuervorgabe bestimmt, und mittels der mindestens einen Ansteuervorgabe wird mindestens ein Stellglied angesteuert. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Steuervorrichtung beschrieben wurden.

Insbesondere umfasst das Verfahren mindestens einen Schritt, der explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Steuervorrichtung erläutert wurde. Die Steuervorrichtung ist insbesondere eingerichtet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere in der zuvor in Zusammenhang mit der Steuervorrichtung erläuterten Weise.

Insbesondere wird die mindestens eine Sollwertvorgabe durch ein Primärregelmodul bestimmt.

Insbesondere wird die mindestens eine zeitliche Vorgabeparameter-Trajektorie durch eine Betreiber-Schnittstelle des Primärregelmoduls empfangen.

Insbesondere wird die mindestens eine Sollwertvorgabe durch ein Bestimmungsmodul des Primärregelmoduls in Abhängigkeit von der mindestens einen zeitlichen Vorgabeparameter- Trajektorie mittels des modellbasierten prädiktiven Regelverfahrens, unter Auswertung der Vorgabeparameter-Trajektorie für den Prädiktionshorizont, bestimmt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Vorgabeparameter-Trajektorie durch einen Betreiber oder eine Betreibervorrichtung der Brennkraftmaschine bereitgestellt wird. Die Vorgabeparameter-Trajektorie wird also insbesondere nicht durch die Steuervorrichtung bestimmt, sondern der Steuervorrichtung extern durch den Betreiber oder die Betreibervorrichtung vorgegeben. Der Betreiber oder die Betreibervorrichtung verfügt dabei vorteilhaft über ausreichendes Vorwissen, insbesondere aus historischen Daten, um die Vorgabeparameter-Trajektorie für den Betrieb der Brennkraftmaschine zu bestimmen. Insbesondere kann es sich hierbei um Vorwissen über eine durch ein mit der Brennkraftmaschine ausgestattetes Fahrzeug regelmäßig zurückgelegte Strecke, insbesondere einschließlich der dort enthaltenen Steigungen, Kurvenabschnitte und Haltepunkte, oder über mittels der Brennkraftmaschine regelmäßig wiederkehrend durchzuführende Aufgaben, insbesondere mit entsprechend regelmäßig wechselnder Last, beispielsweise bei einem Minenfahrzeug, handeln. Die Vorgabeparameter-Trajektorie kann aber auch ad hoc aus insbesondere durch Sicherheits- oder Fahrassistenzsysteme vorausschauend gemessenen Daten entwickelt werden, beispielsweise aus Daten, die durch ein Radar-System, ein Lidar-System, optische Kameras, Ultraschall sensoren oder andere geeignete Sensorik erhalten werden. Auch auf diese Weise kann insbesondere eine Last für die Brennkraftmaschine über den Prädiktionshorizont vorhergesagt werden, sodass die Brennkraftmaschine durch geeignete Bestimmung der Vorgabeparameter-Trajektorie zielgenau betrieben werden kann. Dies erweist sich insbesondere als vorteilhaft in Zusammenhang mit einem autonomen Fahrzeug, in dem die Brennkraftmaschine eingesetzt wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Vorgabeparameter-Trajektorie in Abhängigkeit einer von der Brennkraftmaschine, insbesondere durch die Steuervorrichtung, rückgemeldeten Lastgröße bestimmt wird. Auf diese Weise erfolgt vorteilhaft eine Rückkopplung an die tatsächlich vorhandene Last. Dabei kann die rückgemeldete Lastgröße insbesondere auch eine für die Vergangenheit gespeicherte Last- Trajektorie sein, beispielsweise aus dem Zurücklegen einer wiederkehrend befahrenen Strecke oder wiederholt ausgeführten Aufgaben. In einer Ausführungsform ist die rückgemeldete Lastgröße ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Ist-Drehmoment, einer Ist- Leistung und einer Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Betreibervorrichtung zum Betreiben eines eine Brennkraftmaschine aufweisenden Leistungsbereitstellungssystems geschaffen wird, wobei die Betreibervorrichtung eingerichtet ist zur Bestimmung von mindestens einer Vorgabeparameter- Trajektorie für die Verwendung als Vorgabeparameter-Trajektorie in einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung oder einer Steuervorrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, oder zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren oder einem Verfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit der Betreibervorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Steuervorrichtung oder dem Verfahren beschrieben wurden. Die Betreibervorrichtung weist bevorzugt eine Trajektorien-Schnittstelle zur Ausgabe der mindestens einen Vorgabeparameter-Trajektorie an die Steuervorrichtung auf. Alternativ oder zusätzlich weist die Betreibervorrichtung bevorzugt eine Lastgrößen-Schnittstelle auf, die eingerichtet ist, um die rückgemeldete Lastgröße von einer die Brennkraftmaschine und die Steuervorrichtung aufweisenden Brennkraftmaschinenanordnung, insbesondere von der Brennkraftmaschine oder von der Steuervorrichtung, zu empfangen.

In einer Ausführungsform ist die Betreibervorrichtung eingerichtet, um die mindestens eine Vorgabeparameter-Trajektorie in Abhängigkeit der durch die Brennkraftmaschinenanordnung, insbesondere durch die Brennkraftmaschine oder durch die Steuervorrichtung, rückgemeldeten Lastgröße zu bestimmen. Auf diese Weise erfolgt vorteilhaft eine Rückkopplung an die tatsächlich vorhandene Last.

Insbesondere ist die Betreibervorrichtung eingerichtet, um die rückgemeldete Lastgröße zu speichern, sodass als die rückgemeldete Lastgröße auch eine für die Vergangenheit gespeicherte Last-Trajektorie verwendet werden kann, die beispielsweise aus dem Zurücklegen einer wiederkehrend befahrenen Strecke oder aus wiederholt ausgeführten Aufgaben erhalten ist. In einer Ausführungsform ist die rückgemeldete Lastgröße ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Ist-Drehmoment und einer Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine.

In einer Ausführungsform ist die Betreibervorrichtung eingerichtet zum Betreiben eines als Kraftfahrzeug, insbesondere als Schienenfahrzeug oder als Minenfahrzeug, ausgebildeten Leistungsbereitstellungssystems.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschinenanordnung mit einer Brennkraftmaschine und einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung oder mit einer Steuervorrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen geschaffen wird. In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschinenanordnung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Steuervorrichtung, dem Verfahren oder der Betreibervorrichtung erläutert wurden.

Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Leistungsbereitstellungssystem mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinenanordnung oder mit einer Brennkraftmaschinenanordnung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen geschaffen wird. In Zusammenhang mit dem Leistungsbereitstellungssystem ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Steuervorrichtung, dem Verfahren, der Betreibervorrichtung oder der Brennkraftmaschinenanordnung erläutert wurden.

In einer Ausführungsform ist das Leistungsbereitstellungssystem als Kraftfahrzeug, insbesondere als Schienenfahrzeug oder als Minenfahrzeug ausgebildet. In einer Ausführungsform ist das Leistungsbereitstellungssystem als autonom fahrendes oder autonom betriebenes, kurz autonomes, Kraftfahrzeug ausgebildet.

In einer Ausführungsform weist das Leistungsbereitstellungssystem eine erfindungsgemäße Betreibervorrichtung oder eine Betreibervorrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf.

In einer anderen Ausführungsform ist eine erfindungsgemäße Betreibervorrichtung oder eine Betreibervorrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen extern zu dem Leistungsbereitstellungssystem vorgesehen und mit dem Leistungsbereitstellungssystem über eine kabellose oder kabelgebundene Wirkverbindung wirkverbunden.

Insbesondere ist die Betreibervorrichtung mit der Steuervorrichtung der Brennkraftmaschinenanordnung wirkverbunden, um die mindestens eine Vorgabeparameter- Trajektorie an die Steuervorrichtung zu übermitteln, und optional um die rückgemeldete Lastgröße von der Brennkraftmaschinenanordnung, insbesondere von der Brennkraftmaschine oder von der Steuervorrichtung, zu empfangen. Insbesondere ist die Trajektorien-Schnittstelle der Betreibervorrichtung mit der Betreiber-Schnittstelle der Steuervorrichtung wirkverbunden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer

Betreibervorrichtung in Kombination mit einem Ausführungsbeispiel eines ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschinenanordnung mit einer Brennkraftmaschine und einem Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung aufweisenden Leistungsbereitstellungssystems, und

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Betreibervorrichtung 1 in Kombination mit einem Ausführungsbeispiel eines ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschinenanordnung 3 mit einem Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung 5 aufweisenden Leistungsbereitstellungssystems 7. Das Leistungsbereitstellungssystem 7 ist insbesondere als Kraftfahrzeug 9, insbesondere als Schienenfahrzeug oder Minenfahrzeug, ausgebildet. Vorzugsweise ist das Leistungsbereitstellungssystem 7 als autonomes Kraftfahrzeug 9 ausgebildet. Die Betreibervorrichtung 1 ist insbesondere extern zu dem Leistungsbereitstellungssystem 7 vorgesehen und mit diesem über eine kabelgebundene oder bevorzugt kabellose Wirkverbindung, insbesondere über ein Funknetz, beispielsweise ein Satellitennetz, ein Mobilfunknetz oder Wifi, wirkverbunden.

Insbesondere ist die Betreibervorrichtung 1 mit der Steuervorrichtung 5 wirkverbunden und eingerichtet, um mindestens eine Vorgabeparameter-Trajektorie 11, insbesondere eine Soll- Drehmoment-Trajektorie oder eine Soll-Drehzahl-Trajektorie, zu bestimmen, und die mindestens eine Vorgabeparameter-Trajektorie an die Steuervorrichtung 5 zu übermitteln.

Die Brennkraftmaschinenanordnung 3 weist einerseits die Steuervorrichtung 5 und andererseits eine Brennkraftmaschine 13 auf. In einer Ausführungsform der Brennkraftmaschinenanordnung 3 ist die Brennkraftmaschine 13 als Dieselaggregat ausgebildet. Es ist aber auch eine Ausgestaltung als Ottomotor, als Gasmotor, als Dual -Fuel -Motor, oder in anderer geeigneter Weise möglich.

Die Steuervorrichtung 5 ist eingerichtet zum Betreiben der Brennkraftmaschine 13 und weist ein Primärregelmodul 15 auf, das eingerichtet ist, um mindestens eine Sollwertvorgabe 17 für mindestens ein Sekundärregelmodul 19, hier für drei Sekundärregelmodule 19, zu bestimmen. Die Sekundärregelmodule 19 sind jeweils eingerichtet, um in Abhängigkeit von der jeweiligen Sollwertvorgabe 17 mindestens eine Ansteuervorgabe 21 für die Ansteuerung von mindestens einem Stellglied - insbesondere der Brennkraftmaschine 13 - zu bestimmen.

Das Primärregelmodul 15 weist ein Bestimmungsmodul 23 auf, das eingerichtet ist, um die mindestens eine Sollwertvorgabe 17 mittels eines modellbasierten prädiktiven Regelverfahrens unter Berücksichtigung eines auf einer physikalischen Zeitkonstante von mindestens einem Sekundärregelmodul 19 der Sekundärregelmodule 19 basierenden Prädiktionshorizont zu bestimmen, wobei der Prädiktionshorizont bevorzugt auf der Grundlage der physikalischen Zeitkonstante des langsamsten Sekundärregelmoduls 19 der Sekundärregelmodule 19 bestimmt wird. Das langsamste Sekundärregelmodul 19 ist dabei dasjenige Sekundärregelmodul 19, welches die längste Zeit für die Einregelung eines Sollwerts benötigt, das heißt die längste physikalische Zeitkonstante aufweist. Insbesondere wird der Prädiktionshorizont berechnet, indem die physikalische Zeitkonstante des langsamsten Sekundärregelmoduls 19 mit einem Faktor multipliziert wird, wobei der Faktor vorzugsweise von 1,5 bis 6, vorzugsweise von 2 bis 5, vorzugsweise 3 beträgt.

Außerdem weist das Primärregelmodul 15 eine Betreiber-Schnittstelle 25 auf, die eingerichtet ist, um die mindestens eine, durch die Betreibervorrichtung 1 vorgegebene zeitliche Vorgabeparameter-Trajektorie 11 für mindestens einen Vorgabeparameter, insbesondere für den Betrieb der Brennkraftmaschine 13, insbesondere einen Vorgabeparameter der Brennkraftmaschine 13 zu empfangen. Das Bestimmungsmodul 23 ist wiederum eingerichtet, um die mindestens eine Sollwertvorgabe 17 in Abhängigkeit von der mindestens einen empfangenen zeitlichen Vorgabeparameter-Trajektorie 11 mittels des modellbasierten prädiktiven Regelverfahrens unter Auswertung der mindestens einen Vorgabeparameter- Trajektorie 11 für den Prädiktionshorizont zu bestimmen. Auf diese Weise ist vorteilhaft eine zielgenaue Regelung der Brennkraftmaschine 13 unter Berücksichtigung einer zukünftigen Entwicklung möglich, sodass insbesondere auch Reserven für Stellgrößen entfallen können. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 13 gestaltet sich dadurch einerseits besonders zielkonform und andererseits besonders wirtschaftlich.

Das Bestimmungsmodul 23 ist bevorzugt eingerichtet, um eine Optimierung der mindestens einen Sollwertvorgabe 17 durch Ermittlung eines Extremums einer Kostenfunktion durchzuführen. Dabei geht die mindestens eine empfangene zeitliche Vorgabeparameter- Trajektorie 11 in die Kostenfunktion ein, und die Kostenfunktion wird für den Prädiktionshorizont ausgewertet. Insbesondere wird ein Extremum der Kostenfunktion insbesondere unter Einhaltung von Nebenbedingungen für den Prädiktionshorizont ermittelt. Insbesondere wird die Kostenfunktion für den Prädiktionshorizont minimiert. Dies erfolgt bevorzugt derart, wie dies oben in Zusammenhang mit den Gleichungen (1) bis (3) dargestellt ist.

Der mindestens eine Vorgabeparameter, für den die Betreibervorrichtung 1 die Vorgabeparameter-Trajektorie 11 erstellt, ist bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer Leistungsanforderung, einem Drehmoment, und einer Drehzahl.

Das mindestens eine Sekundärregelmodul 19 ist bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Brennstoffzufuhrregler, einem Gaspfadregler, und einem Abgasnachbehandlungsregler. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist bevorzugt ein erstes Sekundärregelmodul 19.1 der Sekundärregelmodule 19 als Brennstoffzufuhrregler ausgebildet, ein zweites Sekundärregelmodul 19.2 der Sekundärregelmodule 19 ist als Gaspfadregler ausgebildet, und ein drittes Sekundärregelmodul 19.3 der Sekundärregelmodule 19 ist als Abgasnachbehandlungsregler ausgebildet.

Die Steuervorrichtung 5, insbesondere das Primärregelmodul 15, weist bevorzugt ein Betriebsgrenzen-Modul 27 auf, das mit der Betreiber-Schnittstelle 25 wirkverbunden und eingerichtet ist, um die mindestens eine Vorgabeparameter-Trajektorie 11 zu erhalten. Das Betriebsgrenzen-Modul 27 ist weiter eingerichtet, um die mindestens eine Vorgabeparameter- Trajektorie 11 auf der Grundlage von mindestens einer vorbestimmten Betriebsgrenze für die Brennkraftmaschine 13 zu begrenzen und mindestens eine erste begrenzte Vorgabeparameter- Trajektorie zu erhalten. Alternativ oder zusätzlich ist das Betriebsgrenzen-Modul 27 eingerichtet, um anhand der mindestens einen Vorgabeparameter-Trajektorie 11 mindestens eine

Betri ebsgrenzen-Trajektorie für den Prädiktionshorizont für mindestens eine Betriebsgrenze der Brennkraftmaschine 13 zu bestimmen. Das Betriebsgrenzen-Modul 27 ist vorzugsweise mit dem Bestimmungsmodul 23 wirkverbunden und eingerichtet, um zumindest eine erste Trajektorie 29, ausgewählt aus der mindestens einen ersten begrenzten Vorgabeparameter-Trajektorie und der mindestens einen Betriebsgrenzen-Trajektorie, an das Bestimmungsmodul 23 zur Bestimmung der mindestens einen Sollwertvorgabe 17 zu übermitteln. Das Bestimmungsmodul 23 ist außerdem eingerichtet, um die mindestens eine Sollwertvorgabe 17 anhand der zumindest einen ersten Trajektorie 29 zu bestimmen.

Bevorzugt weist die Steuervorrichtung 5, insbesondere das Primärregelmodul 15, ein Anforderungs-Modul 31 auf, das mit der Betreiber-Schnittstelle 25 wirkverbunden und eingerichtet ist, um die mindestens eine Vorgabeparameter-Trajektorie 11 zu erhalten. Das Anforderungs-Modul 31 ist weiter eingerichtet, um die mindestens eine Vorgabeparameter- Trajektorie 11 auf der Grundlage von mindestens einer vorbestimmten, insbesondere gesetzlichen Anforderung an den Betrieb der Brennkraftmaschine 13 zu begrenzen und mindestens eine zweite begrenzte Vorgabeparameter-Trajektorie zu erhalten. Alternativ oder zusätzlich ist das Anforderungs-Modul 31 eingerichtet, um anhand der mindestens einen Vorgabeparameter-Trajektorie 11 mindestens eine Anforderungs-Trajektorie für den Prädiktionshorizont für mindestens eine Anforderung an den Betrieb der Brennkraftmaschine 13 zu bestimmen. Das Anforderungs-Modul 31 ist vorzugsweise mit dem Bestimmungsmodul 23 wirkverbunden und eingerichtet, um zumindest eine zweite Trajektorie 33, ausgewählt aus der mindestens einen zweiten begrenzten Vorgabeparameter-Trajektorie und der mindestens einen Anforderungs-Trajektorie, an das Bestimmungsmodul 23 zur Bestimmung der mindestens einen Sollwertvorgabe 17 zu übermitteln. Das Bestimmungsmodul 23 ist eingerichtet, um die mindestens eine Sollwertvorgabe 17 anhand der mindestens einen zweiten Trajektorie 33 zu bestimmen.

Bevorzugt weist die Steuervorrichtung 5, insbesondere das Primärregelmodul 15, ein Ziel vorgabe-Modul 35 auf, das vorzugsweise mit dem Bestimmungsmodul 23 wirkverbunden und eingerichtet, um mindestens eine Zielvorgabe 37 zu bestimmen, das heißt insbesondere vorzugeben, und die mindestens eine Zielvorgabe 37 insbesondere als ein Regelungsziel an das Bestimmungsmodul 23 zur Bestimmung der mindestens einen Sollwertvorgabe 17 zu übermitteln. Das Bestimmungsmodul 23 ist eingerichtet, um die mindestens eine Sollwertvorgabe 17 anhand der mindestens einen Zielvorgabe 37 zu bestimmen.

Die mindestens eine vorbestimmte Betriebsgrenze ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem maximalen Spitzen-B rennraum druck, einer maximalen Abgastemperatur, einem maximalen Brennraumdruckgradient, und einem spätesten Brennstoff- Einbringende. Die mindestens eine vorbestimmte Anforderung ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer maximalen Stickoxi demission, einer maximalen Partikelemission, und einer maximalen Kohlenwasserstoffemission.

Die mindestens eine Zielvorgabe 37 ist bevorzugt ein minimaler Brennstoffverbrauch. Alternativ kann ein minimaler Brennstoffverbrauch auch als eine vorbestimmte Anforderung in dem Anforderungs-Modul 31 verwendet werden.

Das Bestimmungsmodul 23 ist bevorzugt eingerichtet, um das modellbasierte prädiktive Regelverfahren auf der Grundlage von mindestens einem Gauß-Prozessmodell durchzuführen, insbesondere derart, wie dies oben in Zusammenhang mit den Gleichungen (4) bis (6) dargestellt ist.

Bevorzugt ist das Bestimmungsmodul 23 eingerichtet, um die mindestens eine Sollwertvorgabe 17 als Sollwert-Trajektorie für den Prädiktionshorizont zu bestimmen.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine 13.

Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.

Im Rahmen des Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine 13 wird bevorzugt zumindest für einen auf einer physikalischen Zeitkonstante von mindestens einem Sekundärregelmodul 19 der Brennkraftmaschine 13 basierenden Prädiktionshorizont mindestens eine zeitliche Vorgabeparameter-Trajektorie 11 bereitgestellt, wobei mindestens eine Sollwertvorgabe 17 für das mindestens eine Sekundärregelmodul 19 in Abhängigkeit von der mindestens einen zeitlichen Vorgabeparameter-Trajektorie 11 mittels eines modellbasierten prädiktiven Regelverfahrens unter Auswertung der mindestens einen Vorgabeparameter-Trajektorie 11 für den Prädiktionshorizont bestimmt wird. Dabei wird in Abhängigkeit von der mindestens einen Sollwertvorgabe 17 durch das mindestens eine Sekundärregelmodul 19 mindestens eine Ansteuervorgabe 21 bestimmt, wobei mittels der mindestens einen Ansteuervorgabe 19 mindestens ein Stellglied - insbesondere der Brennkraftmaschine 13 - angesteuert wird.

Insbesondere wird die mindestens eine Vorgabeparameter-Trajektorie 11 durch einen Betreiber der Brennkraftmaschine 13 oder die Betreibervorrichtung 1 bereitgestellt.

Die mindestens eine Vorgabeparameter-Trajektorie wird bevorzugt in Abhängigkeit einer durch die Brennkraftmaschine 13 oder durch die Steuervorrichtung 5 rückgemeldeten Lastgröße 39 bestimmt. Die rückgemeldete Lastgröße 39 ist dabei bevorzugt eine Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine 13. Alternativ ist es möglich, dass die rückgemeldete Lastgröße 39 ein Ist- Drehmoment der Brennkraftmaschine 13 ist. Auch andere Lastgrößen 39 sind denkbar.

Insbesondere ist eine durch das Bestimmungsmodul 23 bestimmte erste Sollwertvorgabe 17.1 für das als Brennstoffzufuhrregler ausgebildete erste Sekundärregelmodul 19.1 ein Soll-Raildruck, ein Soll-Einspritzbeginn und/oder eine Soll-Einspritzmasse. Bevorzugt bestimmt das Bestimmungsmodul 23 drei erste Sollwertvorgaben 17.1, nämlich den Soll-Raildruck, den Soll- Einspritzbeginn und die Soll-Einspritzmasse.

Insbesondere ist eine durch das Bestimmungsmodul 23 bestimmte zweite Sollwertvorgabe 17.2 für das als Gaspfadregler ausgebildete zweite Sekundärregelmodul 19.2 ein Soll- Luftmassenstrom und/oder ein Soll-Ladedruck. Bevorzugt bestimmt das Bestimmungsmodul 23 drei zweite Sollwertvorgaben 17.2, nämlich den Soll-Luftmassenstrom und den Soll-Ladedruck.

Insbesondere ist eine durch das Bestimmungsmodul 23 bestimmte dritte Sollwertvorgabe 17.3 für das als Abgasnachbehandlungsregler ausgebildete dritte Sekundärregelmodul 19.3 eine Soll- Schadstoffkonzentration, insbesondere Soll-Stickoxidkonzentration im Abgas.

Insbesondere bestimmt das als Brennstoffzufuhrregler ausgebildete erste Sekundärregelmodul 19.1 als eine erste Ansteuervorgabe 21.1 einen Bestromungsbeginn für eine Brennstoffeinbringvorrichtung, insbesondere einen Injektor, ein Bestromungsende für die Brennstoffeinbringvorrichtung, und/oder eine Ansteuergröße für mindestens ein Rail-Stellglied, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Druckregelventil eines Brennstoffrails, einer Saugdrossel, und einer Brennstoffpumpe. Bevorzugt bestimmt das erste Sekundärregelmodul 19.1 drei erste Ansteuervorgaben 21.1, nämlich den Bestromungsbeginn, das Bestromungsende und die Ansteuergröße für das mindestens eine Rail-Stellglied.

Insbesondere bestimmt das als Gaspfadregler ausgebildete zweite Sekundärregelmodul 19.2 als eine zweite Ansteuervorgabe 21.2 mindestens einen Sollwert für mindestens eine Klappenposition oder Ventil Stellung, insbesondere für eine Drosselklappe oder eine Bypassklappe eines Abgasturboladers der Brennkraftmaschine 13.

Insbesondere bestimmt das als Abgasnachbehandlungsregler ausgebildete dritte Sekundärregelmodul 19.3 als eine dritte Ansteuervorgabe 21.3 eine Ansteuergröße für eine Reaktionsmittel-Einbringvorrichtung, insbesondere zur Eindüsung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung, in einen Abgaspfad der Brennkraftmaschine 13, insbesondere stromaufwärts eines SCR-Kataly sators.

Die - der einfacheren Darstellung wegen hier zu einer Gruppe zusammengefassten - Sekundärregelmodule 19 melden vorzugsweise mindestens einen ersten Rückmeldewert 41 an das Primärregelmodul 15 zurück. Der mindestens eine erste Rückmeldewert 41 ist bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Ist-Raildruck, einer aktuellen Begrenzung für mindestens eine Sollwertvorgabe 17 - insbesondere als Sollvorgabe-Grenzwert, einem Ist- Luftmassenstrom, einem Ist-Ladedruck, und einer Zeitkonstante für eine Reglerdynamik von mindestens einem Sekundärregelmodul 19 der Sekundärregelmodule 19, insbesondere zur Ermittlung des Prädiktionshorizonts.

Die Brennkraftmaschine 13 meldet ihrerseits bevorzugt mindestens einen zweiten Rückmeldewert 43 an die Sekundärregelmodule 19 zurück. Der mindestens eine zweite Rückmeldewert 43 ist bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Ist- Raildruck, einer Ist-Klappenposition, einem Ist-Ladedruck, einem aktuellen Verbrennungsluftverhältnis, das heißt Lambdawert, und einer Stellgrößengrenze eines Stellglieds. Die Sekundärregelmodule 19 sind insbesondere eingerichtet, um den ersten Rückmeldewert 41 anhand des zweiten Rückmeldewerts 43 zu bestimmen, oder um den zweiten Rückmeldewert 43 als den ersten Rückmeldewert 41 an das Primärregelmodul 15 zurückzumelden. Die Steuervorrichtung 5 weist außerdem noch ein Adaptionsmodul 45 auf, das eingerichtet ist, um das in dem Bestimmungsmodul 23 verwendete modellbasierte prädiktive Regelverfahren, insbesondere das mindestens eine Gauß-Prozessmodell, in Betrieb der Brennkraftmaschine 13 anzupassen. Hierzu übermittelt die Brennkraftmaschine 13 bevorzugt mindestens einen Adaptionsparameter 47, beispielsweise eine Ist-Abgastemperatur, eine Ist- Stickoxidkonzentration, oder einen anderen geeigneten Parameter, sowie insbesondere Ist- Zustände der Drehzahl, Ist-Zustände des Gaspfads, beispielsweise den Ist-Ladedruck und den Ist-Luftmassenstrom, und/oder Ist-Zustände der Kraftstoffeinbringung, beispielsweise Einspritzbeginn, Einspritzmenge und/oder Einspritzdruck, an das Adaptionsmodul 45. Dieses führt daraufhin eine Anpassung des modellbasierten prädiktiven Regelverfahrens insbesondere durch Ergänzung oder Austausch von Datenpunkten in dem mindestens einen Gauß- Prozessmodell durch und erhält dadurch ein angepasstes Modell. Vorzugsweise glättet oder filtert das Adaptionsmodul 45 das angepasste Modell, das heißt insbesondere Koeffizienten des angepassten Modells, zeitlich, und erhält so ein geglättetes angepasstes Modell 49, insbesondere in Form von geglätteten Koeffizienten, das es an das Bestimmungsmodul 23 zur Verwendung bei der Regelung der Brennkraftmaschine 13 übermittelt. Auf diese Weise können vorteilhaft Unstetigkeiten oder Sprünge im Betrieb der Brennkraftmaschine vermieden werden.