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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Antriebsmaschine für ein Fahrzeug, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Motorsteuereinheit und zumindest einem zusätzlichen Steuergerät im Antriebsstrang, wobei Führungsgrössenanforderungen vom Steuergerät an die Motorsteuereinheit gesendet werden, und wobei die Transferfunktion der Antriebsmaschine zumindest teilweise mittels einer vorbestimmten approximierten Transferfunktion der Antriebsmaschine dargestellt wird.
In modernen Kraftfahrzeugen stellen neben der Motorsteuereinheit noch andere Steuergeräte Anforderungen an Führungsgrössen, wie beispielsweise an das Drehmoment, welches die Brennkraftmaschine abzugeben hat. Hierzu ist es üblich, dass die anderen Steuergeräte über eine Datenverbindungsleitung, zum Beispiel über CAN (Controller Area Network) eine Anforderung an die Motorsteuereinheit senden. Diese Anforderung kann entweder die Forderung nach einem Drehmoment sein oder auch die Forderung nach Modifikation desjenigen Drehmoments, das der Motor ohne diese externe Anforderung abgeben würde.
Solche Anforderungen an das Drehmoment können zum Beispiel von einem GetriebeSteuergerät kommen, um das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment während einer Schaltung günstig im Sinne von Fahrkomfort und geringem Verschleiss zu beeinflussen. Aber auch ein Steuergerät, welches die Fahrdynamik des Fahrzeuges überwachen und regeln soll (zum Beispiel ESP - Elektronisches Stabilitäts-Programm), stellt in fahrdynamisch kritischen Fahrsituationen solche Drehmomentanforderungen an das Steuergerät der Brennkraftmaschine.
Bei solchen, auch als Momenteneingriffe bezeichneten, externen Drehmomentanforderungen ist jedoch immer die begrenzte Dynamik zu beachten, mit der das System aus Motorsteuereinheit und Brennkraftmaschine diese Momenteneingriffe realisieren kann. So folgt die Brennkraftmaschine in der Regel erst nach einer betriebspunktabhängigen Totzeit einem Momenteneingriff und auch der Gradient, mit welchem das Drehmoment erhöht oder reduziert werden kann, unterliegt einer betriebspunktabhängigen maximalen Dynamik. Wird diese begrenzte Dynamik nicht beachtet, ergibt sich eine erhebliche Komforteinbusse.
Heutige Getriebe- oder Fahrdynamik-Steuergeräte bilden daher dieses Übertragungsverhalten des Systems aus Motor-Steuergerät und Brennkraftmaschine in einem gewissen Ausmass intern ab, um so den Momenteneingriff geeignet modifizieren zu können. In bekannten Realisierungen wird die approximierte Transferfunktion der Brennkraftmaschine - zumindest teilweise - im Getriebe- oder Fahrdynamik-Steuergerät abgelegt, um das reale Übertragungsverhalten der Brennkraftmaschine - zumindest teilweise - zu kompensieren. Diese approximierte Transferfunktion kann auch implizit durch Berücksichtigung von Kennwerten, wie Parametern, Kennlinien, Kennfeldern oder Ähnlichem abgelegt sein.
Konkret kann dies zum Beispiel bedeuten, dass während eines Schaltvorganges das GetriebeSteuergerät einen Momenteneingriff schon früher als eigentlich erforderlich vom Motorsteuergerät anfordern muss, um die Totzeit der Brennkraftmaschine zu kompensieren.
Einerseits bedeutet die - zumindest teilweise und oft implizite - Hinterlegung der approximierten Transferfunktion der Brennkraftmaschine im Getriebe-Steuergerät einen erheblichen Anpassungsaufwand bei der Installation des gleichen Systems aus Getriebe und Getriebe-Steuergerät in einem anderen Fahrzeug mit einer anderen Brennkraftmaschine.
Andererseits kann trotz dieses erheblichen Anpassungsaufwandes die approximierte Transferfunktion der Brennkraftmaschine in einem anderen Steuergerät als dem Motor-Steuergerät nur sehr ungenau bekannt sein (d. h. die Approximation ist sehr grob), da die Transferfunktion des Motors von sehr vielen motorinternen Betriebsparametern abhängt, die ausserhalb des Motorsteuergerätes nicht bekannt sind. So haben neben aktueller Drehzahl und aktuellem Drehmoment der Brennkraftmaschine auch die Temperatur des Motors, der Betriebszustand eines eventuell vorhandenen Turboladers, die Einstellung eines eventuell vorhandenen Abgasrückführventils und viele weitere motorinterne Betriebsparameter einen erheblichen Einfluss auf die Dynamik und damit auf die Transferfunktion der Brennkraftmaschine.
Da somit die Transferfunktion der Brennkraftmaschine im Getriebe-Steuergerät nur teilweise bekannt ist, kann sie durch eine entsprechende Modifikation der Führungsgrössen-Anforderung auch nur teilweise kompensiert werden. Die so nicht kompensierten Restanteile führen zu einem vom Betriebspunkt abhängigen unterschiedlichen Verhalten der Brennkraftmaschine auf den Momenteneingriff des Getriebe-Steuergerätes und somit zu reduziertem Schaltkomfort und erhöh-
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tem Verschleiss von Getriebe und/oder Kupplung.
Beim aktuellen Stand der Technik kann die Steuerung der Brennkraftmaschine einen externen Momenteneingriff oft nicht optimal umsetzen, da eine Vorschau auf den weiteren Verlauf des geforderten Drehmoments nicht bekannt ist. So wäre zum Beispiel in vielen Fällen bei Kenntnis des zu erwartenden Drehmomentverlaufs die Einstellung von motorinternen Parametern, wie etwa Zündwinkel, Stellung eines variablen Turboladers, Stellung eines variablen Abgasrückführventils oder dergleichen, auf eine Weise möglich, die Kraftstoffverbrauch und Emissionen senkt und/oder Fahrkomfort und-dynamik erhöht.
Aus der DE 100 26 332 A1 ist ein Verfahren zur koordinierten Steuerung eines Fahrzeugmotors und einer Kupplung mittels einer Antriebsstrangsteuerung während eines Wechsels einer Getriebeübersetzung bekannt, wobei dem Fahrzeugmotor und der Kupplung jeweils zumindest ein Stellmittel zugeordnet ist, mit dem über die Antriebsstrangsteuerung eine Einstellung eines Sollwertes für eine Motordrehmoment bzw. ein Kupplungsmoment erfolgt. Zur koordinierten Ansteuerung von Kupplung und Fahrzeugmotor werden Sollwerte für das Kupplungsmoment und das Motormoment unmittelbar unter Bezug der erfassten Betriebsparameter bzw. Betriebszustände, zum Teil durch prädikative Motorsteuerung, angepasst.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung einer Antriebsmaschine zu entwickeln, mit welchem Führungsgrössenanforderungen optimal umgesetzt werden können.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Motorsteuereinheit zumindest einen Parameter der approximierten Transferfunktion der Antriebsmaschine berechnet und diese dem Steuergerät übermittelt, und dass im Steuergerät die approximierte Transferfunktion zumindest teilweise auf der Basis des zumindest einen berechneten Parameters rekonstruiert wird und die Führungsgrössenanforderungen auf Grund der zumindest teilweise rekonstruierten approximierten Transferfunktion modifiziert werden. Die modifizierten Führungsgrössenanforderungen werden an die Motorsteuereinheit geschickt. Die angeforderte Führungsgrösse kann eine Grösse aus der Gruppe Drehmoment, Drehzahl, Fahrzeugbeschleunigung, Fahrzeuggeschwindigkeit oder Leistung sein.
Dadurch, dass wesentliche Parameter der approximierten Transferfunktion der Antriebsmaschine innerhalb der Motorsteuereinheit berechnet werden und diese Parameter dem Steuergerät zugeführt werden, kann die approximierte Transferfunktion zumindest teilweise mit die reale Betriebssituation wiederspiegelnden Parametern ermittelt werden. Die Berechnung der Parameter kann dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich in festen Zeitabständen (zum Beispiel alle 10 ms) oder nach einem Zeitraster erfolgen, das durch die Umdrehung der Antriebwelle der Antriebsmaschine definiert wird. Die berechneten Parameter für die approximierte Transferfunktion können Totzeit, Phasenverschiebung, Dämpfung, charakteristische Frequenz, maximaler Gradient bei Führungsgrössenerhöhung, maximaler Gradient bei Führungsgrössenreduktion oder Ähnliches sein.
Die Motor-Steuereinheit berechnet somit regelmässig wesentliche Parameter der approximierten Transferfunktion der Antriebsmaschine und teilt diese über eine Datenverbindungsleitung (zum Beispiel CAN) zu gewissen Zeiten den zusätzlichen Steuergeräten im Antriebsstrang mit. Diese zusätzlichen Steuergeräte können dann auf der Basis dieser Parameter mit sehr geringem Aufwand die approximierte Transferfunktion zumindest teilweise rekonstruieren und damit den Führungsgrösseneingriff geeignet modifizieren. Hierbei können die zusätzlichen Steuergeräte im Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges die approximierte Transferfunktion der Antriebsmaschine auch auf implizite Weise berücksichtigen, das heisst durch Kennwerte wie Parameter, Kennlinien, Kennfelder oder dergleichen.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass zumindest ein weiterer Parameter der Führungsgrössenanforderung aus der Gruppe Sollwert der Führungsgrösse nach Ende des Führungsgrösseneingriffs, Dauer des Führungsgrösseneingriffs, Vorzeichen des aktuellen Führungsgrössengradienten und Information über Zweck des Führungsgrösseneingriffs von dem zumindest einen zusätzlichen Steuergerät an die Motorsteuereinheit gesendet wird.
Die Information über den Zweck des Führungsgrösseneingriffs beinhaltet, ob dieser zur Erhöhung der Fahrzeug-Sicherheit oder zur Erhöhung des Komforts erfolgt. Dient der Führungsgrösseneingriff etwa der Erhöhung der Fahrzeug-Sicherheit (zum Beispiel durch ein FahrsicherheitsSystem wie ESP), kann dessen Realisierung deutlich verbessert werden, indem in solch einem Fall sowohl Abgasgrenzwerte, als auch Belastungswerte kurzfristig überschritten werden dürfen, was bei Führungsgrösseneingriffen, die alleine der Erhöhung des Komforts dienen, während einer
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Schaltung nicht zulässig ist.
In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit der weiteren Parameter die Stellpfade in der Motorsteuereinheit, vorzugsweise auf Grund der Information über den Zweck des Führungsgrösseneingriffs, beeinflusst werden. So kann zum Beispiel bei einem nur sehr kurzen Momenteneingriff in reduzierender Richtung bewusst der Wirkungsgrad der Antriebsmaschine verschlechtert werden, um ein sehr rasches Ansteigen des Motordrehmomentes nach Ende des Momenteneingriffs zu ermöglichen. Weiters kann bei einer als Brennkraftmaschine ausgebildeten Antriebsmaschine vorgesehen sein, dass während des Führungsgrösseneingriffs die Füllung (=Sauerstoffmasse) in zumindest einem Zylinder der Brennkraftmaschine so eingestellt wird, dass sie optimal zum Sollwert der Führungsgrösse nach Ende des Führungsgrösseneingriffs passt.
Die Übertragung der Parameter erfolgt vorteilhafterweise über eine Datenverbindungsleitung, beispielsweise über CAN (Controller Area Network).
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Parameter von allen Motorsteuereinheiten, die in Kraftfahrzeugen eingebaut werden, in normierter Form übertragen werden. Durch einen allgemein anerkannten generellen Übertragungsmodus zwischen Motorsteuereinheit und den zusätzlichen Steuergeräten kann der steuerungstechnische Adaptionsaufwand minimiert werden.
Durch die Übertragung der wesentlichen Parameter der approximierten Transferfunktion an die zusätzlichen Steuergeräte im Antriebsstrang ist nun in diesen anderen Steuergeräten kein oder nur ein geringer Anpassungsaufwand an eine geänderte Antriebsmaschine mehr erforderlich. Zudem ermöglicht die Bestimmung der approximierten Transferfunktion im Steuergerät der Antriebsmaschine die Berücksichtigung sehr vieler motorinterner Variabler, wie etwa Temperatur, Betriebszustand eines Turboladers, oder dergleichen, und somit eine erhebliche Steigerung der Qualität bei zumindest teilweiser Bestimmung der approximierten Transferfunktion. Durch die Steigerung dieser Qualität kann zum Beispiel im Falle eines Momenteneingriffs durch das Getriebe-Steuergerät der Schaltkomfort erheblich verbessert und der Verschleiss von Kupplung und/oder Getriebe reduziert werden.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mehrere Steuergeräte eingebaut sind, die in eine Führungsgrösse der Antriebsmaschine eingreifen sollen. Hierbei kann es sich zum Beispiel um ein Getriebe-Steuergerät und ein Fahrdynamik-Steuergerät handeln. In diesem Fall steht dem unvermeidlichen Zusatzaufwand in der Motorsteuereinheit zur Bestimmung der approximierten Transferfunktion und ihrer wesentlichen Parameter der Wegfall des Anpassungsaufwandes in Getriebe- und Fahrdynamik-Steuergeräten gegenüber, wodurch sich der Vorteil erheblich vergrössert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen schematisch Fig. 1 den Systemaufbau, Fig. 2 bis 4 Drehzahl, Drehmoment und Fahrzeugbeschleunigung während eines Schaltvorganges ohne Berücksichtigung der Transferfunktion der Antriebsmaschine, Fig. 5 eine Antriebsstrangschnittstelle gemäss dem Stand der Technik, Fig. 6 eine Antriebsstrangschnittstelle gemäss der Erfindung, Fig. 7,8 und 9 Drehzahl, Drehmoment und Fahrzeugbeschleunigung bei Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt den Systemaufbau eines Steuersystems für eine durch eine Brennkraftmaschine 1 gebildete Antriebsmaschine, welche über eine beispielsweise zwei Kupplungen K1, K2 aufweisende Getriebeeinheit 2 mit einem Abtrieb 3 verbunden ist. Die Zahl der Kupplungen der Getriebeeinheit ist für das erfindungsgemässe Verfahren ohne Bedeutung. Der Brennkraftmaschine 1 ist eine elektronische Motorsteuereinheit ECU, dem Getriebe 2 ein elektronisches Steuergerät TCU für Getriebe und Kupplung und dem Abtrieb 3 ein Fahrdynamik-Steuergerät ESP zugeordnet. Fahrdynamik-Steuergerät ESP und Transmissions-Steuergerät TCU stehen über Datenverbindungsleitungen CAN mit der elektronischen Motor-Steuereinheit ECU in Verbindung. Über die Datenverbindungsleitungen CAN können die Steuergeräte TCU und ESP Führungsgrössenanforderungen an die Motorsteuereinheit senden.
Die Führungsgrössenanforderung kann entweder die Forderung nach einem Drehmoment sein oder auch die Forderung nach Modifikation desjenigen Drehmoments sein, dass die Brennkraftmaschine ohne diese externe Anforderung abgeben würde. Solche Anforderungen an das Drehmoment können zum Beispiel von einem Transmissions-Steuergerät TCU kommen, um das von der Brennkraftmaschine 1 abgegebene Drehmoment während eines Schaltvorganges günstig im Sinne von Fahrkomfort und geringem Verschleiss zu beeinflussen.
Aber auch das Fahrdynamik-Steuergerät ESP, welches die Fahrdynamik des Fahrzeuges über-
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wacht und regelt, stellt in fahrdynamisch kritischen Fahrsituationen solche Drehmoment-Anforderungen an die elektronische Steuereinheit ECU der Brennkraftmaschine 1. Auch andere Grössen wie Drehzahl, Fahrzeugbeschleunigung, Fahrzeuggeschwindigkeit, Leistung oder dergleichen kommen als Führungsgrösse in Frage.
Fig. 2,3 und 4 zeigen Drehzahl n, Motordrehmoment M und Beschleunigung a während eines Hochschaltvorganges, aufgetragen über der Zeit t, wobei MA' das Abtriebsmoment und MK1' bzw.
MK2' die über die beiden Kupplungen K1, K2 übertragenen Kupplungsmomente darstellen. Wie aus den Fig. 2 bis 4 hervorgeht, folgt die Brennkraftmaschine 1 in der Regel erst nach einer betriebspunktabhängigen Totzeit einem Momenteneingriff und auch der Gradient, mit welchem das Drehmoment erhöht oder reduziert werden kann, unterliegt einer betriebspunktabhängigen maximalen Dynamik. Diese Zeitverzögerung im Motordrehmoment M ist in Fig. 3 mit Bezugszeichen T bezeichnet. Die Zeitverzögerung T bewirkt einen Einbruch im Beschleunigungsverhalten, wie in Fig. 4 mit S angedeutet ist. Dies wirkt sich nachteilig auf den Schaltkomfort aus.
Das in Fig. 5 gezeigte bekannte Steuerungssystem weist eine elektronische Motorsteuereinheit ECU für die Brennkraftmaschine 1 und ein Transmissions-Steuergerät TCU für die Getriebeeinheit 2 auf. Im Transmissions-Steuergerät TCU wird das Übertragungsverhalten des Systems aus elektronischer Motorsteuereinheit ECU und Brennkraftmaschine 1 in einem gewissen Masse intern abgebildet, um den Momenteneingriff geeignet modifizieren zu können. Dabei wird die approximierte Transferfunktion 4 der Brennkraftmaschine 1 zumindest teilweise im Transmissions-Steuergerät TCU abgelegt, um die reale Transferfunktion 5 der Brennkraftmaschine 1 - zumindest teilweise - zu kompensieren.
Die reale Transferfunktion 5 der Brennkraftmaschine kennzeichnet das dynamische Verhalten der Führungsgrösse (z. B. Drehmoment) gegenüber Führungsgrössen-Anforderungen.
Im Transmissions-Steuergerät TCU ist die reale Transferfunktion 5 in approximierter Form 4 abgelegt. Im Frequenzbereich kann sie beispielsweise bei Approximation durch ein Übertragungsverhalten II. Ordnung in folgender Form geschrieben werden:
EMI4.1
Hierbei ist s die komplexe Variable, M¯ist(s) stellt die Laplace-Transformierte des Ausgangswerts der Führungsgrösse dar, M¯soll(s) stellt die Laplace-Transformierte der FührungsgrössenAnforderung dar, T eine Totzeit, D eine Dämpfung und omega¯0 eine charakteristische Kreisfrequenz. Die Werte von T, D und omega¯0 hängen in der Regel vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ab.
Der Führungsgrössen-Eingriff kann nun bei Kenntnis der approximierten Transferfunktion G(s) durch eine geeignete Funktion R (s) modifiziert werden, dass die Transferfunktion 5 der Brenn- kraftmaschine weitgehend kompensiert wird. Das Auffinden der geeigneten Funktion R (s) approximierten Transferfunktion G (s) ein bekanntes Problem aus der Regelungstheorie.
Diese approximierte Transferfunktion 4 kann auch implizit durch Berücksichtung von Kennwerten, wie Parametern, Kennlinien, Kennfeldern oder Ähnlichem abgelegt sein. Dabei kann es vorkommen, dass während eines Schaltvorganges das Transmissions-Steuergerät TCU einen Momenteneingriff schon früher als eigentlich erforderlich von der Motorsteuereinheit ECU anfordern muss, um die Totzeit der Brennkraftmaschine 1 zu kompensieren. Die Steuerung der Brennkraftmaschine 1 kann aber einen externen Momenteneingriff oft nicht optimal umsetzen, da eine Vorschau auf den weiteren Verlauf des geforderten Drehmomentes nicht bekannt ist.
Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Systems ist, dass die zumindest teilweise und oft implizite Hinterlegung der approximierten Transferfunktion 4 der Brennkraftmaschine 1 im Transmissions-Steuergerät TCU einen erheblichen Anpassungsaufwand bei der Installation aus Getriebe 2 und Transmissions-Steuergerät TCU in einem anderen Fahrzeug mit einer anderen Brennkraftmaschine 1 darstellt.
Andererseits kann trotz dieses erheblichen Anpassungsaufwandes die approximierte Transferfunktion 4 der Brennkraftmaschine 1 in einem anderen Steuergerät als der Motorsteuereinheit ECU niemals sehr genau bekannt sein (d. h. die Approximation ist grob), da die Transferfunktion 5 der Brennkraftmaschine 1 von sehr vielen motorinternen Betriebsparametern abhängt, die ausserhalb
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der Motorsteuereinheit ECU nicht bekannt sind. So haben neben aktueller Drehzahl n und aktuellem Drehmoment M der Brennkraftmaschine auch die Temperatur der Brennkraftmaschine 1, der Betriebszustand eines eventuell vorhandenen Turboladers, die Einstellung eines eventuell vorhandenen Abgasrückführventils und viele weitere motorinterne Betriebsparameter einen erheblichen Einfluss auf die Dynamik und damit auf die Transferfunktion 5 der Brennkraftmaschine 1.
Da somit die im Transmissions-Steuergerät TCU abgelegte approximierte Transferfunktion 4 die reale Transferfunktion 5 der Brennkraftmaschine 1 nur sehr unvollständig approximiert, kann somit durch eine Modifikation der Führungsgrössen-Anforderung die Transferfunktion 5 der Brennkraftmaschine 1 auch nur teilweise kompensiert werden. Die so nicht kompensierten Restanteile führen zu einem vom Betriebspunkt abhängigen unterschiedlichen Verhalten der Brennkraftmaschine 1 auf den Momenteneingriff des Transmissions-Steuergerätes TCU, und somit zu reduziertem Schaltkomfort und erhöhtem Verschleiss der Getriebeeinheit 2.
Diese Nachteile können gemäss Fig. 6 vermieden oder zumindest erheblich reduziert werden, wenn wesentliche Parameter der approximierten Transferfunktion 4 in der elektronischen Motorsteuereinheit ECU berechnet und über die Datenverbindungsleitung CAN zu gewissen Zeiten anderen Steuergeräten im Antriebsstrang, beispielsweise einem Transmissions-Steuergerät TCU, mitgeteilt werden. Diese anderen Steuergeräte können dann auf Basis dieser Parameter mit sehr geringem Aufwand die approximierte Transferfunktion 4 zumindest teilweise rekonstruieren und damit den Momenteneingriff geeignet modifizieren. Hierbei können die anderen Steuergeräte im Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges die approximierte Transferfunktion 4 der Brennkraftmaschine 1 auch auf implizite Weise berücksichtigen, das heisst durch Kennwerte, wie Parameter, Kennlinien, Kennfelder oder dergleichen.
Vorteilhafterweise können die wesentlichen Parameter der approximierten Transferfunktion von allen Motorsteuereinheiten ECU, die in Kraftfahrzeuge eingebaut werden, in normierter Form übertragen werden.
Durch die Übertragung der wesentlichen Parameter der approximierten Transferfunktion 4 an die anderen Steuergeräte TCU, ESP oder dergleichen im Antriebsstrang ist nun in diesen anderen Steuergeräten TCU, ESP kein oder nur ein geringer Anpassungsaufwand an eine geänderte Brennkraftmaschine 1 mehr erforderlich. Zudem ermöglicht die Bestimmung der approximierten Transferfunktion 4 in der elektronischen Motorsteuereinheit ECU der Brennkraftmaschine 1 die Berücksichtigung sehr vieler motorinterner Parameter, wie etwa Temperaturen, Betriebszustand eines Turboladers etc. und somit eine erhebliche Steigerung der Qualität der approximierten Transferfunktion 4.
Durch die Steigerung dieser Qualität kann zum Beispiel im Falle eines Momenteneingriffes durch das Transmissions-Steuergerätes TCU der Schaltkomfort erheblich verbessert und der Verschleiss von Kupplung und/oder Getriebe reduziert werden, wie aus den Fig. 7 bis 9 hervorgeht. Die aus Fig. 8 hervorgehende optimale Steuerung der Motordynamik ohne zeitlicher Verzögerung der Motorreaktion beim Schaltvorgang ist auf die Bestimmung der approximierten Transferfunktion 4 in der Motorsteuereinheit ECU zurückzuführen. Zum Vergleich ist auch in Fig. 3 das durch das erfindungsgemässe Verfahren erzielte Abtriebsmoment MA strichliert eingezeichnet. Aus Fig. 9 ist ersichtlich, dass es zu keinem Einbruch in der Beschleunigung a mehr kommt und dass somit der Schaltkomfort wesentlich verbessert ist.
Weitere Vorteile des Verfahrens ergeben sich dann, wenn im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mehrere Steuergeräte, wie beispielsweise ein Getriebe-Steuergerät TCU und ein Fahrdynamik-Steuergerät ESP, eingebaut sind, die in das Drehmoment der Brennkraftmaschine 1 eingreifen. In diesem Fall steht dem unvermeidlichen Zusatzaufwand in der Motor-Steuereinheit ECU zur Bestimmung der approximierten Transferfunktion 4 und ihrer wesentlichen Parameter der Wegfall des Anpassungsaufwandes in Getriebe- und Fahrdynamik-Steuergeräten TCU, ESP gegenüber, wodurch sich der Vorteil erheblich vergrössert.
Die von der elektronischen Motor-Steuereinheit ECU berechneten Parameter der approximierten Transferfunktion 4 können beispielsweise Totzeit, Phasenverschiebung, Dämpfung, charakteristische Frequenz, maximaler Gradient bei Momentenerhöhung, maximaler Gradient bei Momentenreduktion oder Ähnliches sein.
Zusätzlich können weitere Parameter der Drehmomentanforderung durch das anfordernde elektronische Steuergerät, wie beispielsweise Soll-Moment nach Ende des Momenteneingriffs, Dauer des Momenteneingriffs, Vorzeichen des aktuellen Momentengradienten oder Information
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über den Zweck des Momenteneingriffs bestimmt werden. Die Information über den Zweck des Momenteneingriffs kann dessen Realisierung deutlich verbessern, da im Falle eines Momenteneingriffs zur Erhöhung der Fahrzeugsicherheit (zum Beispiel durch ein Fahrsicherheitssystem wie ESP) sowohl Abgasgrenzwerte, als auch Belastungswerte kurzfristig überschritten werden dürfen, was bei Momenteneingriffen zur Erhöhung des Komforts während eine Schaltung nicht zulässig ist.
In Abhängigkeit dieser weiteren Parameter können die Stellpfade in der elektronischen Motorsteuereinheit ECU zur optimalen Umsetzung des Momenteneingriffs beeinflusst werden. So kann zum Beispiel bei einem nur sehr kurzen Momenteneingriff in reduzierender Richtung bewusst der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine, beispielsweise durch Veränderung der Ventilsteuerung, des Einspritzzeitpunktes oder des Zündzeitpunktes, verschlechtert werden. Weiters kann zum Beispiel während des Momenteneingriffs die Füllung (=Sauerstoffmasse) im Zylinder so eingestellt werden, dass sie optimal zum Soll-Moment nach Ende des Momenteneingriffs passt.
Das beschriebene Verfahren kann nicht nur für Fahrzeuge mit Brennkraftmaschinen, sondern auch für Fahrzeuge mit elektrischen Antriebsmaschinen verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Steuerung einer Antriebsmaschine für ein Fahrzeug, insbesondere einer
Brennkraftmaschine (1), mit zumindest einer Motorsteuereinheit (ECU) und zumindest einem zusätzlichen Steuergerät (TCU, ESP) im Antriebsstrang, wobei Führungsgrössenan- forderungen vom Steuergerät (TCU, ESP) an die Motorsteuereinheit (ECU) gesendet wer- den, und wobei die Transferfunktion (5) der Antriebsmaschine zumindest teilweise mittels einer vorbestimmten approximierten Transferfunktion (4) der Antriebsmaschine dargestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuereinheit (ECU) zumindest einen Pa- rameter der approximierten Transferfunktion (4) der Antriebsmaschine berechnet und die- se dem Steuergerät (TCU, ESP) übermittelt, und dass im Steuergerät (TCU, ESP) die approximierte Transferfunktion (4)
zumindest teilweise auf der Basis des zumindest einen berechneten Parameters rekonstruiert wird und die Führungsgrössenanforderungen auf
Grund der zumindest teilweise rekonstruierten approximierten Transferfunktion (4) modifi- ziert werden.
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The invention relates to a method for controlling a drive machine for a vehicle, in particular an internal combustion engine, with at least one engine control unit and at least one additional control unit in the drive train, wherein command values are sent from the control unit to the engine control unit, and wherein the transfer function of the drive machine at least partially by means of a predetermined Approximated transfer function of the prime mover is shown.
In modern motor vehicles, in addition to the engine control unit, other control units make demands on reference variables, such as, for example, the torque which the internal combustion engine has to deliver. For this purpose, it is customary for the other control units to send a request to the engine control unit via a data connection line, for example via CAN (Controller Area Network). This requirement can either be the requirement for a torque or the demand for modification of the torque that the engine would deliver without this external request.
Such torque requirements may, for example, come from a transmission control unit in order to favorably influence the torque output by the internal combustion engine during a shift in terms of ride comfort and low wear. But also a control unit, which should monitor and regulate the driving dynamics of the vehicle (for example ESP - Electronic Stability Program), provides in driving dynamics critical driving situations such torque requirements to the control unit of the internal combustion engine.
However, such external torque requirements, also referred to as torque interventions, always take into account the limited dynamics with which the engine-ECU-internal-combustion engine system can implement these torque interventions. Thus, the internal combustion engine usually follows a torque intervention only after an operating-point-dependent dead time and also the gradient with which the torque can be increased or reduced, is subject to an operating point-dependent maximum dynamics. If this limited dynamics is ignored, there is a significant loss of comfort.
Today's transmission or vehicle dynamics control units therefore form this transmission behavior of the system of engine control unit and internal combustion engine internally to a certain extent in order to be able to modify the torque intervention appropriately. In known implementations, the approximated transfer function of the internal combustion engine is - at least partially - stored in the transmission or vehicle dynamics control unit to compensate for the real transmission behavior of the internal combustion engine - at least partially. This approximated transfer function can also be stored implicitly by taking account of characteristic values, such as parameters, characteristic curves, characteristic maps or the like.
Specifically, this may mean, for example, that during a switching operation, the transmission control unit must request a torque intervention earlier than actually required by the engine control unit in order to compensate for the dead time of the internal combustion engine.
On the one hand, the deposit of the approximated transfer function of the internal combustion engine in the transmission control unit-at least partially and often implicitly-means a considerable adaptation effort when installing the same system of transmission and transmission control unit in another vehicle with another internal combustion engine.
On the other hand, despite this considerable adaptation effort, the approximated transfer function of the internal combustion engine in a control unit other than the engine control unit can only be known very inaccurately (ie the approximation is very rough), since the transfer function of the engine depends on many internal engine operating parameters, which are outside the engine control unit are not known. Thus, in addition to the current speed and current torque of the internal combustion engine, the temperature of the engine, the operating state of any turbocharger, the setting of a possibly existing exhaust gas recirculation valve and many other engine internal operating parameters have a significant impact on the dynamics and thus on the transfer function of the internal combustion engine.
Since thus the transfer function of the internal combustion engine in the transmission control unit is only partially known, it can also be only partially compensated by a corresponding modification of the command variable requirement. The residual components thus not compensated lead to a different behavior of the internal combustion engine depending on the operating point on the momentary engagement of the transmission control unit and thus to reduced shifting comfort and increased
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Wear of gear and / or clutch.
In the current state of the art, the control of the internal combustion engine often can not optimally implement an external torque intervention, since a preview of the further course of the required torque is not known. For example, knowing the expected torque curve would in many cases allow adjustment of engine-internal parameters, such as spark timing, variable turbocharger position, variable EGR valve position, or the like, in a manner that reduces fuel consumption and emissions and / or ride comfort and -dynamics increased.
From DE 100 26 332 A1 a method for the coordinated control of a vehicle engine and a clutch by means of a drive train control during a change of a gear ratio is known, wherein the vehicle engine and the clutch is assigned at least one actuating means, with the setting via the powertrain control setting a target value takes place for a motor torque or a clutch torque. For the coordinated control of clutch and vehicle engine, setpoint values for the clutch torque and the engine torque are adapted directly with reference to the acquired operating parameters or operating states, in part by predicative engine control.
The object of the invention is to develop a method for controlling a drive machine with which reference variable requirements can be optimally implemented.
According to the invention, this is achieved in that the engine control unit calculates at least one parameter of the approximated transfer function of the prime mover and transmits it to the control unit, and that the approximated transfer function is reconstructed in the control unit at least partially on the basis of the at least one calculated parameter and the command variable requirements based on at least partially reconstructed approximated transfer function. The modified command value requests are sent to the engine control unit. The requested reference variable can be a variable from the group torque, speed, vehicle acceleration, vehicle speed or power.
Because essential parameters of the approximated transfer function of the drive machine are calculated within the engine control unit and these parameters are supplied to the control unit, the approximated transfer function can be determined at least partially with the parameters reflecting the real operating situation. The calculation of the parameters can be carried out continuously or discontinuously at fixed time intervals (for example every 10 ms) or according to a time grid which is defined by the revolution of the drive shaft of the drive machine. The calculated parameters for the approximated transfer function may be dead time, phase shift, damping, characteristic frequency, maximum gradient with reference variable increase, maximum gradient with reference variable reduction or the like.
The engine control unit thus regularly calculates essential parameters of the approximated transfer function of the prime mover and communicates them via a data connection line (for example CAN) at certain times to the additional control units in the drive train. These additional control devices can then at least partially reconstruct the approximated transfer function on the basis of these parameters with very little effort and thus modify the command variable intervention appropriately. In this case, the additional control devices in the drive train of the motor vehicle can also take into account the approximated transfer function of the drive machine in an implicit manner, that is to say by characteristic values such as parameters, characteristic curves, characteristic maps or the like.
In addition, it can be provided that at least one further parameter of the command value request from the group reference value of the reference variable after the end of the command variable engagement, duration of the command variable intervention, sign of the current command variable gradient and information on the purpose of Führungsgrösseneingriffs is sent from the at least one additional control unit to the engine control unit.
The information about the purpose of the command interengagement includes whether to increase the vehicle safety or to increase the comfort. Serves the Führungsgrösseneingriff about the increase in vehicle safety (for example, by a driving safety system such as ESP), its implementation can be significantly improved by both exhaust limits and load values may be exceeded in such a case in the short term, which in Führungsgrössenberiffen that alone Serve to increase comfort while one
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Circuit is not allowed.
In a further embodiment of the invention, it is provided that, depending on the further parameters, the setting paths in the motor control unit are influenced, preferably on the basis of the information about the purpose of the command variable intervention. For example, with only a very short momentary engagement in the reducing direction, the efficiency of the prime mover may be deliberately degraded to allow a very rapid increase in engine torque after the torque engagement ends. Furthermore, it can be provided in an engine designed as an internal combustion engine, that during the Führungsgrösseneingriffs the filling (= oxygen mass) is set in at least one cylinder of the internal combustion engine so that it optimally fits the target value of the reference variable after the end of the Führungsgrösseneingriffs.
The transmission of the parameters advantageously takes place via a data connection line, for example via CAN (Controller Area Network).
It is particularly advantageous if the parameters of all engine control units that are installed in motor vehicles are transmitted in standardized form. By a generally accepted general transmission mode between the engine control unit and the additional control units, the control technology adaptation effort can be minimized.
Due to the transmission of the essential parameters of the approximated transfer function to the additional control units in the drive train, no or only little adaptation effort to a changed drive machine is now required in these other control units. In addition, the determination of the approximated transfer function in the control unit of the prime mover allows the consideration of many internal engine variables, such as temperature, operating state of a turbocharger, or the like, and thus a significant increase in quality at least partially determining the approximated transfer function. By increasing this quality, for example, in the case of a torque intervention by the transmission control unit, the shifting comfort can be considerably improved and the wear on the clutch and / or transmission can be reduced.
Particular advantages arise when the drive train of a motor vehicle, several control units are installed, which are to intervene in a reference variable of the drive machine. This may be, for example, a transmission control unit and a vehicle dynamics control unit. In this case, the inevitable additional effort in the engine control unit for determining the approximated transfer function and its essential parameters is offset by the omission of the adaptation effort in transmission and vehicle dynamics control units, which considerably increases the advantage.
The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS.
1 shows the system structure, FIGS. 2 to 4 rotational speed, torque and vehicle acceleration during a switching operation without taking into account the transfer function of the drive machine, FIG. 5 shows a drive train interface according to the prior art, FIG. 6 shows a drive train interface according to the invention, FIG 7.8 and 9 speed, torque and vehicle acceleration when using the inventive method.
Fig. 1 shows the system structure of a control system for a drive machine formed by an internal combustion engine 1, which is connected via an example, two clutches K1, K2 having gear unit 2 with an output 3. The number of clutches of the gear unit is irrelevant to the method according to the invention. The internal combustion engine 1 is an electronic engine control unit ECU, the transmission 2, an electronic control unit TCU for transmission and clutch and the output 3 is associated with a vehicle dynamics control unit ESP. Vehicle dynamics control unit ESP and transmission control unit TCU communicate via data connection lines CAN with the electronic engine control unit ECU. Through the data links CAN, the TCU and ESP controllers can send command requests to the engine control unit.
The command request may be either the request for torque or the request for modification of the torque that the engine would deliver without this external request. Such torque requirements may, for example, come from a transmission control unit TCU in order to influence the torque output by the internal combustion engine 1 during a switching process favorably in terms of ride comfort and low wear.
But also the driving dynamics control unit ESP, which transmits the driving dynamics of the vehicle.
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watches and regulates, in driving dynamics critical driving situations such torque requirements to the electronic control unit ECU of the internal combustion engine 1. Also other variables such as speed, vehicle acceleration, vehicle speed, power or the like come as a guide variable in question.
FIGS. 2, 3 and 4 show speed n, motor torque M and acceleration a during an upshift, plotted against time t, where MA 'is the output torque and MK1' and
MK2 'represent the transmitted over the two clutches K1, K2 clutch torques. As can be seen from FIGS. 2 to 4, the internal combustion engine 1 usually follows a torque intervention only after an operating-point-dependent dead time, and the gradient with which the torque can be increased or reduced is subject to operating-point-dependent maximum dynamics. This time delay in the motor torque M is designated by reference symbol T in FIG. The time delay T causes a collapse in the acceleration behavior, as indicated in Fig. 4 with S. This has a disadvantageous effect on the shifting comfort.
The known control system shown in FIG. 5 comprises an electronic engine control unit ECU for the internal combustion engine 1 and a transmission control unit TCU for the transmission unit 2. In the transmission control unit TCU, the transmission behavior of the electronic engine control unit ECU and the engine 1 system is internally mapped to some extent to properly modify the torque engagement. In this case, the approximated transfer function 4 of the internal combustion engine 1 is at least partially stored in the transmission control unit TCU in order to compensate, at least partially, the real transfer function 5 of the internal combustion engine 1.
The real transfer function 5 of the internal combustion engine characterizes the dynamic behavior of the reference variable (eg torque) with respect to command variable requirements.
In the transmission control unit TCU, the real transfer function 5 is stored in approximated form 4. In the frequency domain, for example, it can be written in approximation by a second-order transfer behavior in the following form:
EMI4.1
Here, s is the complex variable, M¯ist (s) represents the Laplace transform of the output value of the command variable, M¯soll (s) represents the Laplace transform of the command demand, T a dead time, D an attenuation, and omega0 a characteristic angular frequency. The values of T, D and omega0 are usually dependent on the operating point of the internal combustion engine.
With the knowledge of the approximated transfer function G (s), the guide variable intervention can now be modified by a suitable function R (s) such that the transfer function 5 of the internal combustion engine is largely compensated. Finding the appropriate function R (s) approximated transfer function G (s) a known problem from control theory.
This approximated transfer function 4 can also be stored implicitly by taking account of characteristic values, such as parameters, characteristic curves, characteristic diagrams or the like. It may happen that during a switching operation, the transmission control unit TCU has to request a torque intervention earlier than actually required by the engine control unit ECU in order to compensate for the dead time of the internal combustion engine 1. However, the control of the engine 1 can often not optimally implement an external torque intervention, since a preview of the further course of the required torque is not known.
Another disadvantage of this known system is that the at least partial and often implicit deposit of the approximated transfer function 4 of the internal combustion engine 1 in the transmission control unit TCU considerable adaptation effort in the installation of transmission 2 and transmission control unit TCU in another vehicle with another internal combustion engine 1 represents.
On the other hand, despite this considerable adaptation effort, the approximated transfer function 4 of the internal combustion engine 1 in a control unit other than the engine control unit ECU can never be known very accurately (i.e., the approximation is coarse) because the transfer function 5 of the internal combustion engine 1 depends on many internal engine operating parameters that are outside
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the engine control unit ECU are unknown. Thus, in addition to the current speed n and current torque M of the internal combustion engine, the temperature of the internal combustion engine 1, the operating state of a possibly existing turbocharger, the setting of a possibly existing exhaust gas recirculation valve and many other engine internal operating parameters have a significant impact on the dynamics and thus on the transfer function 5 of Internal combustion engine 1.
Thus, since the approximated transfer function 4 stored in the transmission control unit TCU only very incompletely approximates the real transfer function 5 of the internal combustion engine 1, the transfer function 5 of the internal combustion engine 1 can only be partially compensated by a modification of the command variable requirement. The residual components that are not compensated for this lead to a different behavior of the internal combustion engine 1 depending on the operating point on the momentary engagement of the transmission control unit TCU, and thus to reduced shifting comfort and increased wear of the transmission unit 2.
These disadvantages can be avoided according to FIG. 6 or at least considerably reduced if essential parameters of the approximated transfer function 4 are calculated in the electronic engine control unit ECU and communicated via the data link CAN at certain times to other control units in the drive train, for example a transmission control unit TCU. These other control devices can then at least partially reconstruct the approximated transfer function 4 on the basis of these parameters with very little effort and thus modify the torque intervention appropriately. In this case, the other control units in the drive train of the motor vehicle can also take into account the approximated transfer function 4 of the internal combustion engine 1 implicitly, that is to say by characteristic values, such as parameters, characteristic curves, characteristic diagrams or the like.
Advantageously, the essential parameters of the approximated transfer function of all engine control units ECU, which are installed in motor vehicles, can be transmitted in standardized form.
Due to the transmission of the essential parameters of the approximated transfer function 4 to the other control units TCU, ESP or the like in the drive train, no or only little adaptation effort to a modified internal combustion engine 1 is now required in these other control units TCU, ESP. In addition, the determination of the approximated transfer function 4 in the electronic engine control unit ECU of the internal combustion engine 1 allows the consideration of very many engine-internal parameters, such as temperatures, operating state of a turbocharger, etc. and thus a significant increase in the quality of the approximated transfer function.
By increasing this quality, for example, in the case of torque intervention by the transmission control unit TCU, the shifting comfort can be considerably improved and the wear on the clutch and / or transmission can be reduced, as can be seen from FIGS. 7 to 9. The resulting from Fig. 8 optimal control of the engine dynamics without a time delay of the engine response during the switching process is due to the determination of the approximated transfer function 4 in the engine control unit ECU. For comparison, the output torque MA obtained by the method according to the invention is also shown in dashed lines in FIG. 3. From Fig. 9 it can be seen that there is no break in the acceleration a more and thus that the shifting comfort is substantially improved.
Further advantages of the method arise when in the powertrain of a motor vehicle, a plurality of control devices, such as a transmission control unit TCU and a vehicle dynamics control unit ESP, are installed, which engage in the torque of the internal combustion engine 1. In this case, the inevitable additional effort in the engine control unit ECU for determining the approximated transfer function 4 and its essential parameters is offset by the omission of the adaptation effort in transmission and vehicle dynamics control units TCU, ESP, which considerably increases the advantage.
The parameters of the approximated transfer function 4 calculated by the electronic engine control unit ECU may be, for example, dead time, phase shift, damping, characteristic frequency, maximum gradient with torque increase, maximum gradient with torque reduction or the like.
In addition, other parameters of the torque request by the requesting electronic control unit, such as target torque after the end of the torque intervention, duration of torque intervention, sign of the current momentary gradient or information
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be determined about the purpose of the moment intervention. The information on the purpose of the moment intervention may significantly improve its realization, as in the case of a moment intervention to increase vehicle safety (for example, by a driving safety system such as ESP) both exhaust limits and load values may be temporarily exceeded, resulting in increased comfort during the momentary interventions a circuit is not allowed.
Depending on these further parameters, the adjustment paths in the electronic engine control unit ECU can be influenced for optimum implementation of the torque intervention. Thus, for example, with only a very short torque intervention in the reducing direction, the efficiency of the internal combustion engine can be deliberately worsened, for example by changing the valve control, the injection time or the ignition time. Furthermore, during the momentary engagement, for example, the filling (= oxygen mass) in the cylinder can be adjusted so that it optimally matches the setpoint torque after the end of the torque engagement.
The method described can be used not only for vehicles with internal combustion engines, but also for vehicles with electric drive machines.
PATENT CLAIMS:
1. A method for controlling a drive machine for a vehicle, in particular one
Internal combustion engine (1), having at least one engine control unit (ECU) and at least one additional control unit (TCU, ESP) in the drive train, wherein command values are sent from the control unit (TCU, ESP) to the engine control unit (ECU), and wherein the Transfer function (5) of the drive machine is at least partially represented by means of a predetermined approximated transfer function (4) of the drive machine, characterized in that the engine control unit (ECU) calculates at least one parameter of the approximated transfer function (4) of the drive machine and this the control unit (TCU, ESP) and that in the control unit (TCU, ESP) the approximated transfer function (4)
is at least partially reconstructed on the basis of the at least one calculated parameter, and the command requirements
Reason the at least partially reconstructed approximate transfer function (4) are modified.